北极水域的条件是世界上最极端的条件。强风和强风有力地将冰推过很远的距离，导致大山脊高达数十米。与此同时，全球变暖和人类存在增加给这些北方环境带来了新的压力。然而，在持续的环境变化时期，冰对物理结构影响的机制 - 尤其是长期影响 - 仍然是一个悬而未决的问题。
阿尔托大学的研究人员已经开发出一种新方法，用于评估不断移动的重负荷冰在多种条件下如何影响桥梁甚至风力涡轮机等结构。
“滔滔不绝是由风和水流引起的冰流如何破坏海洋结构以及它如何影响这些结构的过程，”阿尔托大学的主要冰研究员兼教授Jukka Tuhkuri解释道。“这个过程对初始条件非常敏感，甚至是混乱，这使得该领域的系统分析难以置信地具有挑战性。”
为了预测长期的丰富情景和影响，总部位于阿尔托的团队正在利用数值实验 - 先进的计算机模拟，利用从该领域获得的知识 - 来看待微观水平变化对已知元素的影响杂乱的。
“通过这种方法，我们可以真正看到发生了什么，因为我们完全控制了所涉及的因素。真正的海冰，我们就没有这种可能性，”助理教授ArttuPolojärvi说。
精确的模拟使研究人员能够以前所未有的方式了解该过程背后的机制。
“通过不断运行模拟，我们已经了解到冰的厚度是冰负荷影响结构的最重要因素。压缩强度排在第二位，但我们几乎可以忘记其他一切，与传统思维相反该领域，“Tuhkuri说。
该方法还有助于应对不断变化的气候的主要挑战：预见未来的条件。全球变暖意味着北极冰层越来越稀薄，风暴变得越来越严重，冰层越来越多。与此同时，这些地区的整体状况正在缓和; 工业和旅游业正在复苏，这对人类和环境都有风险。
“我们无法通过今天的现场数据来估计未来。坚固，厚厚的冰层保持原样，但即使是小型风暴也可以携带薄冰，”Polojärvi说。“我们需要能够估算永久性结构上100年甚至500年的冰负荷，这样我们才能确保它们的安全性和持久性，同时最大限度地减少用于使其尽可能可持续的材料。”
该团队将于2019年6月7日星期五在芬兰大赫尔辛基的阿尔托大学举行为期一周的主要冰研究人员聚会，即IUTAM海冰物理和力学研讨会。
问题和解答
问：在研究冰负荷之前是否曾使用过数值实验?
答：这项研究标志着数值实验首次用于对冰负荷进行统计分析，从而可以长期估算未来物理结构的磨损情况。在过去，研究人员已经研究过冰蹭 - 即风和水流推动的冰是如何打破海洋结构以及它如何影响结构 - 以各种方式：实验室实验，通过观察全尺度事件进行实验，开发理论模型，并使用不同的数字工具。
问：这种方法真的可以预测，随着气候变暖 - 甚至几个世纪以前冰的表现如何?
答：是的，如果地球物理学的同事可以预测冰在全球变暖中如何变薄和变弱，我们可以预测冰负荷如何变化。这是因为新模型基于基本的物理关系，因此，我们可以改变模型中的厚度，看看会发生什么。其他型号可能不详细。
问：冰负荷会给人类和环境带来哪些风险?
答：海洋结构可能会破裂并导致事故。如果人类在失败的平台上工作，后果可能是严重的。结构故障也可能非常昂贵，并且由于燃料箱和燃料管道等的潜在泄漏而导致环境风险。