极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究
基于FY-3C MWRI数据的南极海冰密集度反演
总676期第十四期2019年5月河南科技Henan Science and Technology 基于FY-3C MWRI 数据的南极海冰密集度反演康健强王星东李国应（河南工业大学信息科学与工程学院，河南郑州450001）摘要：基于2018年9月的风云3号C 星（FY-3C ）微波成像仪（MWRI ）数据，通过LASI 算法对南极海冰密集度进行反演，并将结果与德国布莱梅大学提供的同期海冰密集度结果进行对比验证。
结果表明：基于FY-3CMWRI 数据的海冰密集度反演结果与布莱梅大学的海冰密集度结果基本相同，9月平均海冰密集度分别为0.888和0.901，两者相差1.44%；平均海冰面积分别为15.635×106km 2和16.374×106km 2，两者相差4.52%；海冰面积趋势的相关系数达0.91。
因此，基于FY-3C MWRI 数据的LASI 算法反演海冰密集度是可行的。
关键词：FY-3C MWRI ；LASI 算法；海冰密集度中图分类号：TP31文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0147-03Inversion of Antarctic Sea Ice Concentration Based on FY-3C MWRI DataKANG Jianqiang WANG Xingdong Li Guoying （College of Information Science and Engineering,Henan University of Technology ，Zhengzhou Henan 450001）Abstract:Based on microwave imager （MWRI ）data of Fengyun 3C （FY-3C ）satellite in September 2018,LASI al⁃gorithm was used to study the inversion of Antarctic sea ice concentration,and the results were compared with the re⁃sults ofthe sea ice concentration provided by the University of Bremen,Germany.The results show that the results based on FY-3C MWRI data are basicallytheresultsofBremen University.The average sea ice concentration in Sep⁃tember is 0.888and 0.901,respectively,and there is a difference about 1.44%.The average sea ice areas are 15.635×106km 2and 16.374×106km 2,respectively,and there is a difference about 4.52%,and the correlation coefficient is 0.91between them.Therefore,it is feasible to the inversion of sea ice concentration based on the LASI algorithm and FY-3C MWRI data.Keywords:FY-3CMWRI ；LASI algorithm ；sea ice concentration近年来，全球变暖的趋势愈加明显，重大灾害频发，极端天气屡屡出现。
基于SAR图像纹理的北极海冰厚度的反演研究
第30卷第3期 极地研究Vol. 30, No. 3 2018年9月CHINESE JOURNAL OF POLAR RESEARCHSeptember 2018[收稿日期] 2017年8月收到来稿, 2018年1月收到修改稿 [基金项目] 国家重点研发计划专项(2016YFC1402702)、国家自然科学基金面上项目(41676187, 41376186)、国家国际科技合作专项(2011DFA22260)资助[作者简介] 于淼, 男, 1993年生。
硕士研究生, 主要从事海冰遥感研究。
E-mail: yumiao2411@ [通信作者] 卢鹏, E-mail: lupeng@基于SAR 图像纹理的北极海冰厚度的反演研究于淼1 卢鹏1 李志军1 石立坚2,3(1大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连 116024;2国家卫星海洋应用中心, 北京 100081; 3国家海洋局空间海洋遥感与应用研究重点实验室, 北京 100081)提要 基于七景北极Radarsat-2 SAR 图像以及中国第六次北极科学考察走航期间利用船侧录像观测获得的平整冰厚度数据, 通过灰度共生矩阵计算纹理, 确定了最适合反演海冰厚度的纹理参数。
并分析了海冰厚度与纹理之间的相关关系, 探讨了纹理反演海冰厚度的可能性。
选取了最合适的纹理特征进行拟合, 并利用所得经验方程进行反演验证, 结果与实测数据吻合较好, 平均相对误差13.7%。
与传统的仅依靠后向散射系数反演海冰厚度进行对比, 新方法的误差更小, 证明了纹理特征反演冰厚的优势。
关键词 北极 海冰厚度 灰度共生矩阵 纹理doi: 10. 13679/j. jdyj. 201700350 引言海冰的存在影响了大气与海洋之间的直接能量交换, 在全球大气和海洋之间起到重要的调节作用。
近年来, 北极海冰面积快速减小, 其变化影响着北极气候乃至全球的生态环境[1]。
同时, 北极具有丰富的自然资源, 以及不菲的商业利益, 北极航道的商业利用符合我国的北极战略[2], 而海冰正是航道利用中需要考虑的主要因素。
基于AMSR-E海冰密集度北极海冰信息提取与分析
图3 海冰面积月平均变化图 （二）海冰面积与温度变化分析 本文计算了 2003-2010 年间北极年平均 海冰面积与年平均气温的相关系数为 -0.81， 说明二者存在着较强的负相关关系。查阅资 料发现 20 世纪 70 年代北极地区年平均气温 在 -10℃以下，到 21 世纪一些年份的年平 均气温已经在 -8℃以上了，北极地区年平 均气温在过去的 40 年间升高了约 3℃。北 极海冰面积的减少和全球温度的升高有着密 不可分的关系。随着温室气体的增加和全球
冰密集度数据，进行批量投影坐标转换。再 利用 ArcGIS 对海冰密集度数据以 15% 为界 点，进行重分类，提取海冰覆盖范围，如图 1 所示。
(a) 海冰密集度 (b) 海冰范围 ( 白色 ) 图1 海冰信息提取
海冰面积是由海冰外缘线内的每个像元 面积与其对应的密集度的乘积得到的，因此 海冰面积比海冰外缘线面积小。通过提取每 一幅密集度值在 15% ～ 100% 之间的像元， 从而获取每天海冰面积。
三、结果分析 （一）海冰面积年际、年内变化分析 对逐日海冰面积分别计算年平均和月平 均海冰面积值，并做出海冰面积的年际变化 折线图（图 2）和月海冰面积变化图（图 3）。 海 冰 年 平 均 变 化 结 果 表 明，2003 到 2007 年 海 冰 面 积 减 少，2007 年 到 2009 年 海冰面积有所上升，2010 年海冰面积又下 降，但是从总体趋势来看，海冰面积呈下 降趋势。 月 海 冰 面 积 变 化 结 果 表 明， 海 冰 面 积 在 6、7 月份下降最快，冰融化速率最大； 10、11 月份上升最快，结冰速率最大，而 且对 5 年的折线对比发现在 2、3、4 月和 8、 9、10 月 5 条折线分布的比较分散（峰值和 谷值区域），但是在 5 月和 11 月变化比较小， 5 条折线分布比较集中。
极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究
极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究引言：极地海冰在地球气候系统中扮演着重要的角色，不仅反射太阳辐射和调节全球能量平衡，还对海洋生态系统有着重要影响。
随着全球气候变暖，极地海冰的密集度和厚度变化也成为气象海洋学、气候变化和生态学研究的重要课题。
然而，极地区域的极端环境条件以及广阔的空间范围使得直接观测变得异常困难，因此遥感技术成为研究极地海冰的重要手段之一。
本文将对极地海冰密集度和厚度的遥感反演方法进行研究。
一、极地海冰密集度的遥感反演方法1.1 光电遥感方法光电遥感方法是利用反射和辐射特性来获取极地海冰密集度信息的一种主要方法。
通过遥感传感器获取极地海冰的辐射信息，通过辐射传输模型和反演算法来确定海冰的密集度。
常用的辐射传输模型有单散射模型和双散射模型。
利用光学遥感方法反演极地海冰密集度时要考虑到海冰的各向异性、表面形态的变化以及波段选择等因素。
1.2 微波遥感方法微波遥感方法是利用微波辐射通过极地海冰并感知其特征参数，再进行反演得到密集度和厚度的一种遥感方法。
微波波段对于极地海冰的反射和散射较为敏感，能够穿透海冰，因此具有用于海冰密集度反演的优势。
在微波遥感方法中，亮温、散射系数和极化度等参数常常用于反演极地海冰的密集度信息。
二、极地海冰厚度的遥感反演方法2.1 光学遥感方法对于极地海冰厚度的遥感反演，光学遥感方法也是一种常用的手段。
通过光学遥感传感器获取海冰表面高度、表面形态等信息，结合光学传输模型和反演算法来得到海冰厚度。
光学方法在获取海冰厚度时常常遇到光线衰减、遥感图像分辨率低等问题，因此需要进行合理的预处理和校正来提高数据的质量和精度。
2.2 雷达遥感方法雷达遥感方法利用雷达波传输特点可以对极地海冰厚度进行较好的反演。
通过雷达波的穿透能力，可以获取到海冰下的海水反射信号。
结合雷达回波的散射、穿透特性等信息，可以使用算法反演得到海冰的厚度。
由于雷达波能够穿透海冰，可以获取到海冰底部的有效反馈信息，因此具有较高的反演精度。
基于卫星遥感数据的北极海冰覆盖范围各积雪深度变化的研究
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独创声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导Ｆ进行的研究Ｊ：作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特ｇｌＪ ＪＪＮ以标注和致谢的地方外，沦文中币包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包古未欹得（选！垫Ｉ越煎压也孟噩挂别 主明的：查拦！Ｉ窑２或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在｝仑文中作了｜｜ｌ：｜确的说明并表示谢意。
Ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｏｖｅｒ Ａｒｃｔｉｃ ｓｅａ ｉｃｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄａｔａ ｆｒｏｍ ＡＭＳＲ·Ｅ Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｐｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ３７ ａｎｄ １９ＧＩＩｚ，ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｌｉｍｉｔ ｆｏｒ ｓｎｏｖ，ｄｅｐｔｈ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ｉｓ ５０ｃｍ ｉｎ ｍａｘ Ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆｔｈｅ ｓｎｏｂ ｄｅｐｔｈ ｄａｔａ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｅａ ｉｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ＡＳＩ ａｎｄ ＮＴ２ ｉｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｌｓ ｏｆｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ２００８ ｔｏ ２０１０ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｅａ ｃｏｖｅｒｅｄ ｍａｉｎｌｙ ｂｙ ｆｉｒｓｔ一），ｅａｒ ｉｃｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｃｂｕｋｃｈｉ Ｓｅａ ｖ，ｉｌｈｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｂｉａｓ ｏｆ８ ７％Ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｉｓ ｄｕｅｔｏｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｓｅａ ｉｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ Ｔｈｅ ｗｅｅｋｌｙ ａｖｅｒａｇｅｄ ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｄａｔａ ｗｉｔｈ ｓｅａ ｉｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ＡＳＩ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｏｖｅｒ Ａｒｃｔｉｃ ｓｅａ ｉｃｅ Ｉ ｈｅ ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｏｎ ｆｉｒｓｔ—ｙｅａｒ ｉｃｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｉｔｈ ｓｅａｓｏｎｓ．ｏｎ Ｏｃｔｏｂｅｒ ｆｉｒｓｔ—ｙｅａｒ ｓｅａ ｉｃｅ Ｊｕｓｔ ｆｒｏｓｔ ｔｈｅ ｓｎｏｗ ｄｅｐｔｈ ｉｓ ａｂｏｕｔ １０ ｅｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ一５，ｅａｒ ｉｃｅ ｆｏｒｍｅｄ，ａｎｄ ２０ ｃｍ ｔｏ ３０ ｃｍ ｂｙ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆＡｒｃｔｉｃ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ４０ｃｍ ｉｎ ｓｏｍｅ ｒｏｕｇｈ ｓｕｒ／ｈｃｅ
北极拉普捷夫海域海冰体积通量遥感估算对策
Ｍａｒｃｈ（ＦＭ）ｏｒ ｆｒｏｍ Ｏｃｔｏｂｅｒ ｔｏ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ（ＯＮ），ａｒｅ ａｖｅｒａｇｅｄ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｗｅ ｏｂｔａｉｎ ｉｎ ｔｏｔａｌ １ １ ｇｒｏｕｐｓ ｏｆ ＧＬＡＳ ｆｒｅｅｂｏａｒｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｄｕｒｉｎｇ ２００３—２００８，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｉｖｅ ＯＮ ａｎｄ ｓｉｘ ＦＭ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅ ｆｒｅｅｂｏａｒｄ ｉＳ ｔｈｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｒｉｖｅ ｓｅａ ｉｃｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｉｎ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ａｒｃｈｉｍｅｄｅｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｔｈｅ ｇｒｉｄｄｅｄ ｆｒｅｅｂｏａｒｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｆｒｏｍ ＧＬＡＳ ｎｏｗ
ａｖａｉｌａｂｌｅ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ａｎ ｓｔａｎｄａｒｄ ｓａｍｐｌｅ ｏｆ ２５ｋｍ×２５ｋｍ，ｗｉｔｈｉｎ ｗｈｉｃｈ ａｌｌ ｔｈｅ ＧＬＡＳ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｃｑｕｉｒｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ａｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ｐｅｒｉｏｄ，ｅｉｔｈｅｒ ｓｐａｎｓ ｆｒｏｍ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ｔｏ
摘要
摘要
位于北冰洋欧亚大陆架的边缘海——拉普捷夫海——是北极海冰的重要生成区之 一，并且该海域海冰生产过程中的排盐作用，影响着北极不同水层的海水的垂直交换， 甚至可能影响北极地区因温盐驱动的大洋环流。海冰体积通量是衡量海冰输出能力的 重要参量之一。海冰体积通量计算需要三个参量：海冰密集度、速度和厚度。本文首 次利用多源遥感数据（辐射计、散射计和高度计）的上述参量的反演产品，进行拉普 捷夫海海冰体积通量估算。
本文海冰体积通量估算使用的海冰速度产品，来源于辐射计ＡＭＳＲ—Ｅ ８９ ＧＨｚ垂 直极化和水平极化数据及散射计ＱｕｉｋＳＣＡＴ数据提取的海冰移动速度产品的融合数据 产品。融合后产品有效的提高了可用海冰速度数据数量（数据密度），特别是结冰初期 和融冰初期时期的数据密度由０．４提高至０．６左右，冬季基本上位于Ｏ．８以上甚至达到
基于遥感技术的极地气象要素遥感反演研究
基于遥感技术的极地气象要素遥感反演研究近年来，随着遥感技术的发展，越来越多的学者开始探索利用遥感技术对极地地区的气象要素进行反演研究。
这些研究为理解极地气候变化，保护极地环境以及开发冰雪资源提供了重要的科学依据。
本文将介绍基于遥感技术的极地气象要素反演研究的相关进展。
一、极地气象要素反演研究的意义极地地区是地球上重要的气候调节器，对全球气候变化起着重要的作用。
然而，由于极地地区高纬度、低温度以及复杂的地形条件，极地气象站点分布稀少，获取实时气象资料困难，对于气象要素的观测尤其是降水等极端气象条件的观测相对困难。
而基于遥感技术的气象要素遥感反演研究则可以获取高时空分辨率的气象信息，可以弥补气象观测资料的不足，为极地气象要素的研究提供更完备的数据资料。
反演研究不仅可以用于监测极地气候变化，还可以用于气象灾害预警、生态环境保护以及冰雪资源开发等方面, 是具有重要意义的多学科交叉研究领域。
二、基于遥感技术的极地降水反演研究降水是极地气象要素中最关键的一个研究方向，因为降水对于极地地区的生物系统、水文系统以及冰雪系统变化具有重要的影响。
国内外学者通过遥感技术研究不同时间和空间降水变化规律，逐渐加深了对极地降水特征的认识。
屈力博等人（2017）采用TRMM卫星降水产品，研究了近18年来的南极半岛地区降水异常变化，结果表明近年来南极半岛出现了严重的干旱现象。
通过与南极冰盖冰芯数据对比，发现了江苏沐智遥等人（2015）研究中未被报道的20世纪90年代末期至2000年初期的冰芯末期阶段极端干旱事件。
这些研究不仅揭示了南极半岛地区的降水时空特征，还为解决全球气候变化事件提供了重要的数据支撑。
三、基于遥感技术的极地温度反演研究温度是极地环境变化的又一重要气象要素，而面对极地复杂的地形和气象环境，传统的气象站观测未必能覆盖到所有的地区。
基于遥感技术的温度反演研究则可以检测极地地区的温度变化情况。
近年来，基于卫星遥感技术的极地地区温度反演研究，已经成为热点领域。
北极海冰密集度数值预报及验证评估研究
北极海冰密集度数值预报及验证评估研究李明;杨清华;赵杰臣;孙晓宇;田忠翔;沈辉;郝光华;李春花;张林【摘要】本文系统地评估了国家海洋环境预报中心于我国第七次北极科学考察期间开展的北极海冰密集度数值预报结果.该预报系统基于麻省理工大学通用环流模式,并采用牛顿松弛逼近(Nudging)资料同化方法,计算输出未来1～5 d的北极海冰密集度预报产品.本文将数值预报结果同卫星观测的海冰密集度、再分析资料和\"雪龙\"号第七次北极考察期间观测的海冰密集度数据进行了对比分析.结果表明,预报的北极海冰密集度小于卫星观测值,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为-2.7％、-3.1％和-3.2％;数值产品的预报技巧好于气候态结果和惯性预报,但是在海冰出现快速融化或冻结时,基于Nudging同化的数值预报技巧仍有不足.另外,相比船测数据,数值预报结果在海冰边缘区的偏差相对较大,24 h、72 h和120 h预报结果的偏差分别为8.8％、12.0％和14.5％.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】8页(P46-53)【关键词】海冰密集度;预报;北极;评估【作者】李明;杨清华;赵杰臣;孙晓宇;田忠翔;沈辉;郝光华;李春花;张林【作者单位】中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛 266100;国家海洋环境预报中心,北京 100081;中山大学大气科学学院广东省气候变化与自然灾害研究重点实验室,广东珠海 519082;国家海洋环境预报中心,北京 100081;国家海洋环境预报中心,北京 100081;国家海洋环境预报中心,北京 100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京 100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京 100081【正文语种】中文【中图分类】P731.151 引言近几十年来，随着全球气候的变暖，北极海冰快速减少，海冰面积和范围、海冰厚度，包括多年冰的厚度都出现显著减小[1-2]。
2002—2011年南极海冰变化的遥感分析
2002—2011年南极海冰变化的遥感分析沈校熠;柯长青;张杰【摘要】基于2002—2011年南极地区AMSR-E逐日海冰密集度数据,计算相应时间段内的海冰外缘线和海冰面积,分析了南极地区这10年来各时间尺度上的海冰变化,揭示了海冰变化的时空特征.结果表明:2002—2011年南极海冰外缘线、海冰面积分别增加了3.64%、3.8%,总体上呈现增加的趋势,其中2008年海冰面积最大.罗斯海、西太平洋和威德尔海的海冰面积呈现增加趋势,而印度洋和别林斯高晋海/阿蒙森海的海冰面积则趋于减小.南极海冰面积一般夏季最小、冬季最大,相同季节海冰面积变化波动较小,不同海区只是变化范围不同.南极一年冰增长速度较低,平均每年增加约0.1×106 km2,且大范围地分布在南极大陆(除威德尔海外)周围.多年冰平均每年减少0.05×106 km2,且多处于威德尔海.海冰面积变化与气温有负相关关系.%Based on daily Antarctic sea ice concentration data acquired by AMSR-E during 2002—2011, this study calculated the extent and area of sea ice and analyzed the spatiotemporal characteristics of its variability over different timescales. The results revealed increases of 3.64% decade–1 in sea ice extent and 3.8% dec-ade–1 in sea ice area. The derived 10-year trend of sea ice for the entire Antarctic sea ice area was signifi-cantly positive, and the year of 2008 experienced the maximum sea ice area. Regionally, increases were found in the Ross Sea, Weddell Sea, and Western Pacific sectors, and small decreases were detected in the Indian Ocean and the Bellingshausen Sea and Amundsen Sea sectors. Seasonally, both sea ice extent and sea ice area in the Antarctic are at a minimum in summer and a maximum in winter. In the same season, the various regionshave different ranges of variation in sea ice area. First-year ice is mainly distributed around the Antarctic mainland, except for the Weddell Sea sector, and the trend of sea ice area is generally positive (0.1×106km2·a–1), which is in marked contrast to the decrease in the multiyear ice area of –0.05×106km2·a–1; most multiyear ice is distributed within the Weddell Sea sector. The change of sea ice extent is correlated negatively with temperature.【期刊名称】《极地研究》【年(卷),期】2017(029)001【总页数】9页(P163-171)【关键词】南极;外缘线;海冰面积;AMSR-E;温度;时空变化【作者】沈校熠;柯长青;张杰【作者单位】南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京 210023;南京大学地理与海洋科学学院,江苏南京 210023;国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛 266061【正文语种】中文0 引言在全球变暖的大背景下, 气候问题已经成为学术界关注的热点。
HY-2卫星反演海冰密集度在北极地区的适用性评估
HY-2卫星反演海冰密集度在北极地区的适用性评估赵杰臣;李子轩;李杰;付敏;石立坚;张林【摘要】评估了我国自主研发的海洋二号卫星(HY-2)海冰密集度产品在北极地区的适用性.与8种国际同类产品相比,HY-2产品的分辨率为25 km,属于低分辨率产品.HY-2产品2012年夏季的空间分布特征和其他产品差别不大,但在低密集度冰区和边缘区域的差异可达0.15～0.25.HY-2产品可以反映2012年7-10月海冰面积先减小后增大的规律,但最小海冰范围的出现时间比其他产品偏早,且平均值偏小.利用北极海冰数值预报系统进行的同化试验显示,HY-2产品可以有效改善海冰密集度的模拟结果,将平均偏差从控制试验的0.18～0.24减小为同化试验的0.05～0.08,改善效果和国际认可和常用的AMSR2/ASI产品相当.【期刊名称】《海洋预报》【年(卷),期】2018(035)006【总页数】8页(P84-91)【关键词】海洋二号卫星;海冰密集度;海冰范围;北极;数据同化;对比评估【作者】赵杰臣;李子轩;李杰;付敏;石立坚;张林【作者单位】国家海洋局空间海洋遥感与应用研究重点实验室,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛266100;国家海洋局天津海洋环境监测中心站,天津300450;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋局空间海洋遥感与应用研究重点实验室,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081【正文语种】中文【中图分类】P731.151 引言20世纪70年代末美国率先使用卫星观测数据监测北极海冰变化，过去30 a北极海冰的范围、厚度和多年冰的占比都在明显的减小[1-2]。
北极海冰范围在北半球夏季的减小趋势更为明显，九月份的减少速率从1979—1998年间的3.2万km2/a，急剧增加到1999—2010年间的15.4万km2/a[3-4]。
阿拉斯加北极滨海平原极地湖泊的水深遥感反演
阿拉斯加北极滨海平原极地湖泊的水深遥感反演林征;黎夏;乔纪纲【摘要】Bathymetry of lakes in the Arctic coastal plain plays an important role in understanding the regional geographical processes and environmental changes. Inversion of polar lake depth with remote sensing technique owns the advantage of rapidly processing large-scale data, but so far less research was done in Arctic. The aim of this article is to retrieve the bathymetry of shallow thaw lakes in the Arctic Coastal Plain of northern Alaska based on the multispectral remote sensing data. The inversion method proposed by Stumpf was inspected and verified. Then it was applied to retrieve the depth of 3 187 lakes distributed in the area of 16 380 km2. Validation for the model was implemented via field measurements obtained from ship-borne sonar, and the MAE (mean absolute error) and RMSE (root mean square error) were 0. 37 m and 0. 54 m respectively. This method is suitable for bathymetric retrieval from remote sensing data of thousands of lakes in the study area. The spatial pattern of lake depth shows that depth of lake decreases from hill foot of Brooks to the coastline.%北极滨海平原地区的湖泊水体深度对理解极地地表过程和环境变化具有重要意义.利用遥感数据反演极地湖泊水体深度具有快速和大范围的优势,但目前在极地湖泊中的研究较少.以遥感探测阿拉斯加极地湖泊深度为研究目的,实施并验证了 Stumpf水深反演模型对于极地湖泊深度遥感反演的工作方法,且对该地区16380 km2范围内分布的3 187个湖泊进行了同期深度反演,并利用船载声纳仪实测湖泊水体的深度数据对反演结果进行精度验证.结果显示水深反演结果的平均绝对误差和均方根误差分别为0.37与0.54 m,表明利用遥感技术适用于反演极地湖泊的水体深度.实验结果显示阿拉斯加北部滨海平原极地湖泊平均深度具有沿山麓向滨海平原逐渐下降的趋势.【期刊名称】《中山大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(051)003【总页数】7页(P128-134)【关键词】极地湖泊;水深反演;Stumpf模型;对数转换波段比值;阿拉斯加【作者】林征;黎夏;乔纪纲【作者单位】中山大学地理科学与规划学院//广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室,广东广州510275;中山大学地理科学与规划学院//广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室,广东广州510275;广东商学院资源与环境学院,广东广州501320【正文语种】中文【中图分类】TP79已有证据表明，在过去几十年内北半球高纬度地区受到全球气候变化的影响而不断增温，引起了北极地区的地表环境的强烈变化[1]。
应用AMSR_E89GHz遥感数据反演北极多年冰密集度
第21卷第3期极地研究Vol.21,No.3 2009年9月CH I N ESE JOURNAL OF P OLAR RESE ARCH Sep tember2009研究论文应用A MS R2E89G Hz遥感数据反演北极多年冰密集度王欢欢1,2 Georg Heygster2 韩树宗1 程斌3(1中国海洋大学海洋环境学院,青岛266100;2德国不莱梅大学环境物理学院,德国不莱梅28359;3芬兰气象研究所,赫尔辛基F I200101)提要 被动微波辐射计AMSR2E在89GHz频段的空间分辨率几乎是其它低频段的2倍。
到目前为止,已经有成熟的算法采用AM S R2E89GHz频段的数据来反演整体海冰的密集度,而本文根据89GHz频段亮温数据针对一年冰、多年冰以及无冰水面的不同特性,提出了一种反演多年冰密集度的方法(AC)。
计算了2007年北极的整体海冰和多年冰密集度,并与NAS A TE AM算法(NT)的结果作了比较。
对于整体海冰密集度,两种算法反演的结果基本一致。
从日平均上来看,AC算法得到的整体海冰覆盖面积只比NT算法多25万k m2。
但是对于多年冰的反演结果,AC算法得到的结果比NT的结果要多出146万k m2,冬季差别尤其大。
造成这种差别的原因可能是AC算法对于北极表面气温的变化比较敏感。
另外,AC算法计算得到2007年最大海冰覆盖面积为1400万k m2,最小海冰覆盖面积为400万k m2,这与其它研究结果一致。
关键词 AM S R2E 北极 多年冰 亮温 遥感0 引言海冰在气候系统中扮演着非常重要的角色。
冰面的反照率比水面高很多,能够影响海洋表面的辐射平衡以及海面与大气的热量交换。
同时,海冰的形成对于大洋深层水的形成也很重要,进而影响大洋环流以及气候的变化。
除此之外,研究海冰的分布对于船舶的航行以及海上石油平台的选址、建设和维护,也有很大的应用价值[1—4]。
北极海冰可以分为一年冰(First2year I ce)和多年冰(Multiyear I ce)。
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极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究
极地海冰密集度和厚度遥感反演方法研究
一、引言
极地海冰的状况对全球气候变化和海洋生态系统有着重要影响。
了解极地海冰的密集度和厚度是研究和预测极地海冰动态变化的关键。
然而，传统的实地观测方法，由于极地地域遥远和恶劣的工作环境，难以全面准确地收集极地海冰信息。
因此，运用遥感技术来反演极地海冰密集度和厚度成为研究的热点和挑战。
二、极地海冰遥感观测方法
1. 通用的极地海冰遥感观测方法
极地海冰的遥感观测方法可以分为被动和主动两种。
被动遥感通过记录海冰辐射信息，如热红外辐射、微波辐射等，来获取海冰相关的物理参数。
主动遥感则是利用海冰对电磁波的散射和反射特性，通过发射信号并接收回波来得到海冰的特征信息。
2. 热红外遥感法
热红外遥感法是一种常用的被动遥感方法，它利用海冰表面的热辐射特性反演海冰温度、密集度和厚度。
热红外遥感方法主要依靠热红外波段的卫星传感器，如MODIS、AVHRR等。
通过测量海冰的辐射亮温来推算出海冰物理参数，进而反演密集度和厚度。
3. 微波遥感法
微波遥感法是一种有力的被动和主动遥感方法，对极地海冰的密集度和厚度反演有较高的精度和覆盖面积。
微波辐射对海冰的散射和吸收有着不同的敏感度，利用这些特性可以反演
海冰密集度和部分厚度。
微波遥感常用的卫星传感器有AMSR-
E、AMSR2等。
4. 雷达遥感法
雷达遥感法是一种主动遥感方法，通过发射雷达信号并接收回波来得到反射和散射的特性，从而反演海冰的密集度和厚度信息。
雷达遥感常用的卫星传感器有Envisat ASAR、Radarsat等。
雷达遥感法具有高分辨率和观测频率高的优势，但由于海冰表面的不均匀性和极地气候特点，导致雷达信号的散射行为复杂，反演精度较低。
三、极地海冰密集度和厚度遥感反演算法
1. 双通道算法
双通道算法是一种常用的海冰密集度反演方法，它利用多个波段的热红外数据和微波数据，通过多通道反演算法，综合利用可见光波段的反照率和微波波段的散射特性，根据不同波段的敏感度差异，实现对海冰密集度的反演。
2. 光学与微波数据融合算法
光学与微波数据融合算法是一种综合利用可见光和微波数据的海冰厚度反演方法。
这种方法通过将光学遥感和微波遥感的数据结合起来，充分利用两种数据的优势，综合得出更准确的海冰厚度信息。
3. 基于散射模型的反演算法
基于散射模型的反演算法是一种利用雷达散射模型和海冰特征散射行为之间的关系进行反演的方法。
这种方法通过建立合理的散射模型，并根据雷达信号的返回特征来推算海冰密集度和厚度。
四、遥感反演方法的研究进展与应用
随着遥感技术的不断发展，极地海冰密集度和厚度的遥感
反演研究也取得了重要进展。
研究人员通过改进算法和模型，提高了海冰密集度和厚度的反演精度。
同时，借助卫星遥感数据和地面实测数据的对比分析，验证了反演算法的可靠性和有效性。
极地海冰密集度和厚度的遥感反演方法在实际应用中也发挥了重要作用。
利用遥感技术，可以实时监测极地海冰的状况、追踪海冰的动态变化，并为极地航道、海洋资源开发等提供决策支持。
此外，遥感方法还可用于极地环境变化研究、气候模型验证等领域。
五、未来展望和挑战
尽管极地海冰密集度和厚度的遥感反演研究取得了一些进展，但仍然面临一些挑战。
首先，极地地区的恶劣环境给遥感观测带来了困难，如云雾覆盖、多普勒效应等问题。
其次，海冰的特性和密集度的空间和时间变化很大，需要更精细的遥感技术和反演算法。
未来的研究可以从以下几个方面展开：1）进一步改进遥
感算法和模型，提高海冰密集度和厚度的反演精度；2）结合
多源数据，融合不同的遥感技术，实现对海冰的全面观测和监测；3）开展分布式遥感观测网络建设，提高对极地海冰的连
续监测能力；4）结合地面观测和数值模拟，开展遥感数据的
验证和验证。
六、结论
极地海冰密集度和厚度的遥感反演方法在极地研究和应用中具有重要意义。
受益于遥感技术的不断进步，研究人员不断改进算法和模型，提高海冰密集度和厚度的反演精度。
未来，随着遥感技术和数据的进一步发展，极地海冰研究将迎来新的机遇和挑战
极地海冰是地球上独特的自然资源，对全球气候和环境具有重要影响。
因此，准确地监测和掌握极地海冰的状况对于保护环境、维护生态平衡以及开发海洋资源具有重要意义。
遥感技术作为一种非接触式的遥感观测方法，具有广阔的应用前景和巨大的潜力，已经被广泛应用于极地海冰研究中。
遥感技术能够提供大面积、连续观测的能力，对于极地海冰的监测和研究非常有帮助。
通过遥感技术，可以获取极地海冰的空间分布、表面形态、密集度和厚度等信息。
这些信息可以帮助科学家们更好地了解极地海冰的变化情况，并为相关科学研究和应用提供决策支持。
首先，遥感技术可以实时监测极地海冰的状况。
借助遥感卫星，可以获取大范围的海冰遥感图像，包括极地海冰的空间分布和密集度。
这些信息对于研究极地海冰的时空变化以及气候变化具有重要意义。
同时，遥感技术还可以通过获取海冰的形态特征，如冰岛和裂缝等，帮助研究人员更好地了解海冰的演化过程。
其次，遥感技术可以追踪海冰的动态变化。
通过多期遥感图像的对比分析，可以了解海冰的变化趋势和演化过程。
例如，研究人员可以利用遥感技术监测冰盖的融化速度和冰层的厚度变化。
这些信息对于研究全球气候变化以及预测海洋水位上升等问题具有重要意义。
同时，遥感技术还可以为极地航道和海洋资源开发等提供决策支持。
极地航道作为缩短航行距离的重要航道，对于促进贸易和资源勘探具有重要意义。
遥感技术可以提供海冰的空间分布和密集度信息，帮助决策者制定航线和资源开发计划。
此外，遥感技术还可以帮助决策者了解海冰的状况，制定海冰保护政策和措施。
另外，遥感技术还可以用于极地环境变化研究和气候模型验证。
极地地区是全球气候变化的重要敏感地区，了解极地海冰的变化对于研究全球气候变化具有重要意义。
遥感技术可以提供大范围的海冰遥感数据，帮助研究人员分析海冰与气候变化之间的关系，并验证气候模型的精度和可靠性。
然而，极地海冰密集度和厚度的遥感反演研究仍然面临一些挑战。
首先，极地地区的恶劣环境给遥感观测带来了困难，如云雾覆盖、多普勒效应等问题。
这些问题限制了遥感技术的应用范围和精度。
其次，海冰的特性和密集度的空间和时间变化很大，需要更精细的遥感技术和反演算法来获取准确的海冰密集度和厚度信息。
为了克服这些挑战，未来的研究可以从以下几个方面展开。
首先，需要进一步改进遥感算法和模型，提高海冰密集度和厚度的反演精度。
例如，可以结合多源数据，融合不同的遥感技术，提高对海冰的全面观测和监测能力。
其次，可以开展分布式遥感观测网络建设，提高对极地海冰的连续监测能力。
此外，还可以结合地面观测和数值模拟，开展遥感数据的验证和验证，提高遥感数据的可靠性和准确性。
综上所述，极地海冰密集度和厚度的遥感反演方法在极地研究和应用中具有重要意义。
随着遥感技术和数据的不断发展，极地海冰研究将迎来新的机遇和挑战。
希望未来通过不断地改进遥感算法和模型，结合多源遥感数据，加强对极地海冰的监测和研究，为极地环境保护、气候变化研究和资源开发提供更有效的决策支持
从以上讨论可以看出，气候模型的精度和可靠性对于极地海冰研究和应用具有重要意义。
目前的气候模型在预测极地海
冰的变化和影响方面已经取得了一定的成果，但仍然存在一些挑战和限制。
首先，极地地区的恶劣环境给遥感观测带来了困难。
云雾覆盖和多普勒效应等问题限制了遥感技术的应用范围和精度。
这就需要研究人员进一步改进遥感算法和模型，以提高海冰密集度和厚度的反演精度。
例如，可以结合多源数据，融合不同的遥感技术，提高对海冰的全面观测和监测能力。
其次，海冰的特性和密集度的空间和时间变化很大，需要更精细的遥感技术和反演算法来获取准确的海冰密集度和厚度信息。
因此，未来的研究可以开展分布式遥感观测网络建设，提高对极地海冰的连续监测能力。
此外，还可以结合地面观测和数值模拟，开展遥感数据的验证和验证，提高遥感数据的可靠性和准确性。
总的来说，为了验证气候模型的精度和可靠性，未来的研究可以从以下几个方面展开。
首先，需要进一步改进遥感算法和模型，提高海冰密集度和厚度的反演精度。
其次，可以开展分布式遥感观测网络建设，提高对极地海冰的连续监测能力。
此外，还可以结合地面观测和数值模拟，开展遥感数据的验证和验证，提高遥感数据的可靠性和准确性。
综上所述，极地海冰密集度和厚度的遥感反演方法在极地研究和应用中具有重要意义。
随着遥感技术和数据的不断发展，极地海冰研究将迎来新的机遇和挑战。
希望未来通过不断地改进遥感算法和模型，结合多源遥感数据，加强对极地海冰的监测和研究，为极地环境保护、气候变化研究和资源开发提供更有效的决策支持。