北极融冰期海冰内部组构和冲击压缩力学行为研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41906198
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0615.极地科学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Arctic navigation is an important part of Chinese ‘Polar Silk Route’. The physical and mechanical properties of Arctic sea ice during melt season are fundamental scientific issues concerning the design and navigation of polar ships. In view of the fact that the sea ice phase composition changes during melt season and the ice-ship interaction rate is high, it is planned to carry out the observation of internal configuration and the impact compression strength test of Arctic sea ice during melt season. The observation of ice temperature, salinity, density, grain structure and geometric parameters of brine cells and air bubbles of Arctic sea ice are conducted at different locations, and ice cores are extracted to conduct the impact compression strength test. According to the observation data of physical properties, the distribution trend of brine cells and air bubbles inner Arctic sea ice during melt season is investigated, and the quantitative relationship between geometric parameters of brine cells and air bubbles and sea ice temperature, salinity and density is analyzed. According to the mechanical test data, the parameterized equation of the impact compression strength of Arctic sea ice during melt season is formed. Combined analysis of the existing Arctic sea ice uniaxial compression strength data are conducted meanwhile to future reveal the variation mechanism of compression behavior of sea ice. The quantitative relationship between the impact strength and physical properties of sea ice is analyzed, based on which the spatial distribution of Arctic sea ice impact compression strength during melt season is given using the accumulated sea ice physical properties data. These study results of geoscience issues will support the design and operation of polar ships during Arctic navigation in future.
北极航行是中国冰上丝绸之路建设的重要组成部分。北极融冰期海冰物理和力学性质是关乎极地船舶设计和航行的基础科学问题。针对融冰期海冰相成份发生变化和冰-船相互作用速率较高的事实,计划开展北极融冰期海冰内部组构观测和冲击压缩强度测试。在北极不同位置开展融冰期海冰温度、盐度、密度、晶体结构、卤水胞和气泡几何参数观测,采集冰芯开展海冰冲击压缩强度试验。根据物理性质观测数据探究北极融冰期海冰卤水胞和气泡的冰内分布规律,分析其几何参数与海冰温度、盐度和密度的定量关系。根据力学试验数据建立北极融冰期海冰冲击压缩强度的参数化方程,与前期研究的北极海冰单轴压缩强度数据进行联合分析,进一步揭示海冰压缩力学行为的变化机制。分析海冰冲击压缩强度与物理性质之间的定量关系,利用前期积累的海冰物理性质数据给出北极融冰期海冰冲击压缩强度的空间分布。这些地球科学的基础研究成果将为未来北极航行的船舶设计和操纵提供科学支持。

结项摘要

北极海冰快速消融,引起海冰物理和力学性质随之变化。针对北极航行安全保障需要对海冰物理和力学性质的深入了解,对北极海冰内部组构和力学性质开展了现场和实验室试验研究。研究结果认识了当前北极夏季海冰温度、盐度、密度、晶体结构、卤水体积分数和空气体积分数的冰内垂向分布规律,以归一化深度为因子建立了相应的参数化方案,并通过与前人观测结果比较,揭示了北极海冰物理性质的显著变化。自主研发了适用于实验室和现场试验的摆锤式冰冲击试验机、落锤式冰冲击试验机、原位冲击试验机,利用渤海咸水冰成功开展了冰冲击试验测试,探究冲击速度和冲击头形状与冲击荷载的关系,验证了试验设备和测试技术的可行性,为将来在极地开展冰冲击试验积累了可靠经验。开展了南极普里兹湾固定冰压缩强度、弯曲强度和弹性模量的实验室试验,明确了海冰孔隙率与弯曲强度、弹性模量和单轴压缩强度的关系,建立了基于海冰孔隙率的冰层承载力设计方法。开展了北极融冰期海冰物理和力学性质的随机分析,发现了海冰物理和力学性质有良好的空间随机分布特性,并用常用概率密度函数对海冰厚度、密度、弯曲强度和弹性模量等参数的分布进行数学建模。上述研究成果对揭示北极海冰快速变化的物理机制,改进全球气候数值预报模式,保障极地航行和作业安全提供了科学支撑。研究成果在The Cryosphere、Journal of Geophysical Research-Oceans、海洋学报、极地研究等国内外高水平学术期刊和重要学术会议上发表论文15篇,其中SCI检索9篇,EI检索1篇,授权发明专利3项,培养出站博士后1名,硕士研究生4名。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(3)
Probabilistic estimation of ice resistance on ships based on sea ice properties measured along summer Arctic cruise paths
基于夏季北极巡航路径测量的海冰特性对船舶冰阻力的概率估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Cold Regions Science and Technology
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Qingkai Wang;Zhi Zong;Peng Lu;Guiyong Zhang;Zhijun Li
  • 通讯作者:
    Zhijun Li
Flexural and compressive strength of the landfast sea ice in the Prydz Bay, East Antarctic
东南极普里兹湾陆地海冰的弯曲和压缩强度
  • DOI:
    10.5194/tc-16-1941-2022
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    The cryosphere
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Qingkai Wang;Zhaoquan Li;Peng Lu;Yigang Xv;Zhijun Li
  • 通讯作者:
    Zhijun Li
基于视频图像获取冰面特征的自动检测算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水利科学与寒区工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    周嘉儒;卢鹏;王庆凯;解飞;李润玲
  • 通讯作者:
    李润玲
Physical Properties of Summer Sea Ice in the Pacific Sector of the Arctic During 2008–2018
2008年至2018年北极太平洋地区夏季海冰的物理特性
  • DOI:
    10.1029/2020jc016371
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of Geophysical Research: Oceans
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王庆凯;卢鹏;M. Leppäranta;程斌;张桂勇;李志军
  • 通讯作者:
    李志军
浮冰界面融化速率参数化方案的实验室研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    海洋学报(中文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李志军;王智群;王庆凯;解飞;卢鹏
  • 通讯作者:
    卢鹏

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其他文献

实测冰-水侧向界面热力学融化速率
  • DOI:
    10.13476/j.cnki.nsbdqk.2016.06.014
  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王庆凯;李志军;曹晓卫;闫利辉
  • 通讯作者:
    闫利辉
黄河冰单轴压缩强度的试验与影响因素探究
  • DOI:
    10.13928/j.cnki.wrahe.2016.09.018
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王庆凯;张宝森;邓宇;李志军
  • 通讯作者:
    李志军
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  • DOI:
    10.13243/j.cnki.slxb.20180146
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李志军;徐梓竣;王庆凯;李国玉
  • 通讯作者:
    李国玉
基于数据驱动的浓密-压滤过程协调优化控制
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    10.13195/j.kzyjc.2019.1151
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张华鲁;王福利;何大阔;贾润达;王庆凯
  • 通讯作者:
    王庆凯
计算流体力学在矿物加工行业创新中的价值
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    矿冶
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋涛;M. P. Schwarz;周俊武;王庆凯
  • 通讯作者:
    王庆凯

其他文献

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王庆凯的其他基金

基于CT扫描的北极海冰孔隙演化及其对海冰力学性质的影响研究
  • 批准号:
    42276242
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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