中国渤海的海冰资源量初步研究.ppt

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渤海辽东湾的三个研究分区图
渤海海冰结冰面积提取结果示意图
渤海海冰厚度反演方法
本文根据 渤海海冰的厚度特征，参照前人的 研究成果，提出了一种海冰厚度遥感反演方法， 将反演结果与其它渤海海冰的冰情预报、监测结 果进行比较分析。
1、渤海海冰的厚度变化特征
海冰是一种由六方对称的晶体构成的透明体，主要成分是 纯冰晶、水、盐和空气，太阳辐射能够透过海冰表面而进入冰 内，如果海冰厚度不大，太阳辐射甚至能够穿透海冰进入冰下 的海水里；另一方面，随着海冰厚度的增加，海冰的结构也由 松散稀薄变得密实，即在一定厚度范围内冰厚的变化是和海冰 结构的变化相关联的。海冰厚度的变化反映了冰型、色调和结 构的变化，因此海冰就有可能通过其厚度变化，来影响其反照 率的变化，并由卫星传感器接收到这些变化的信息。
2、一些海冰厚度与反照率关系的研究结果
海冰厚度和反照率的关系，很早就有人研究。日本研究人 员白泽等在1973年对北海道的一年冰进行了观测，得到了一组 表现反照率随着冰厚而递增关系的数据。Grenfell(1983)从海 冰光学理论中得出反照率与海冰厚度有关的结论，并观测到了 两者之间的同步递增关系。Allison(1993)的研究工作也得到 了相似的结果。
从回归分析得知，海冰厚度和海冰反照率呈指数关系，这种 关系也符合自然界中两种同步相关现象的关系。
渤海海冰厚度遥感反演公式
(h) max 1 exp( h)
α(h)是海冰对太阳短波辐射谱段的反照率，是一个随冰厚变 化的数值。αmax是无限大冰厚对应的反照率， μα是关于反照率 的衰减系数。к是与αmax和αsea相关的系数。
其中，参数μα是根据历年葫芦岛港和鲅鱼圈港的冻（融） 冰度日、实测平整冰冰厚建立的统计关系式，选取了2000年 1月6-8日的数据进行计算，最后取平均值。
渤海海冰资源遥感反演结果图
反演结果客观性验证
1、根据渤海年度冰情等级来验证 2、根据渤海海冰冰厚等级分布来验证 3、根据渤海辽东湾海冰的运动特征来验证
目前对于海冰厚度的测量，一种方法是通过确定各 种海冰冰型，再给每种冰型定义一个厚度值；或者根据 统计，直接定义百度文库定冰和流冰的厚度。
这两种方法都没有实现在“象素”尺度上的对海冰 厚度的客观反演。
因此渤海海冰资源量的准确估算是海冰资源研究的 难点，基本上处于空白状态。海冰厚度的测量具有重要 的理论研究和实际应用意义。
中国渤海的海冰资源量 初步研究
答 辩 人 ：谢 锋 指导教师 ：顾 卫
论文概要
1、研究背景、现状及研究区概况
2、渤海海冰资源的遥感监测方法研究
• 海冰结冰范围提取方法 • 海冰厚度反演方法
3、渤海海冰资源的数量和分布特征分析
• 渤海海冰资源总量的时间特征 • 渤海海冰资源总量的空间特征 • 渤海海冰资源开发评价
渤海海冰资源的遥感监测方法研究
1、海冰结冰范围提取方法
• (一)海陆分离 • (二)冰水分离
2、海冰厚度反演方法
• 冰厚反演公式提出 • 公式验证
海冰结冰范围的提取方法
在遥感影像上，陆地、海水、海冰三类地物之间，在 一定波段上的反照率区分度大。
海陆分离结果图
由于海区中泥沙等悬浮物的存在，造成在各个区域海水反照 率并不是完全的一致，因此将划出三个海洋环境相对比较均一 的子区域，使得每一个子区域内海水反照率一定小于海冰反照 率,在每一个子区域里单独定义分离阈值。
渤海海冰概况
我国海冰是一年生海冰，根据严重冰期的海冰范围和冰厚，可分为 冰情常年、冰情重年、冰情轻年、冰情偏重年、冰情偏轻年五种等级。
❖ 冬季渤海海区最常出现的冰情状况是常冰年，而近些年由于全球气候 变暖，轻冰年的出现频率有增加的趋势。
研究工作流程
海冰现场调查
历史统计资料分析 研究文献分析 遥感资料分析 各种测量方法试验、验证 结果 方法应用
3、根据渤海辽东湾海冰的运动特征来验证
（30 日） 0~15cm （30 日） 15~20cm （30 日） 20~25cm （30 日） 25~30cm （30 日） >30cm （31 日） 0~15cm （31 日） 15~20cm （31 日） 20~25cm （31 日） 25~30cm （31 日） >30cm
1、根据渤海年度冰情等级来验证
国家海洋局的监测结果指出，1999/2000年渤海冰情等级是 常冰年，也就是说对于辽东湾海区：
• 结冰范围为65～90 n mile， • 一般冰厚范围为25～40cm，最大冰厚60cm
1000 800 600 400 200 0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 5（8 c6m1）
❖ 遥感反演结果，冰厚范围是3～61cm，主要冰厚的分布范 围是20～40cm，最大冰厚是58～61cm。
2、根据渤海海冰冰厚等级分布来验证
(a)
（b）
图（a）、（b）分别是中国冰情常冰年渤海的冰况图和2000年1月30日海冰 反演结果图，两张图在结冰范围和冰厚分布等方面的基本特征是一致的。
造成这种分布特征的原因是由于海区的热力、风、海流与地形共同的作用， 因此这种分布现象是渤海辽东湾海区固有的特殊现象。
Grenfell和Allison的研究表明，当海冰厚度在2～9cm范围 递增时，反照率从0.11递增到0.24。理论和试验表明海冰的反照 率不大于雪的反照率0.8，当雪覆盖于海冰之上后，反照率跃升。 因此，海冰的反照率有从0.11～0.7的值域范围，但是在渤海海 区海冰的厚度范围却可从2cm～2m，其中最常见的范围是2cm～ 50cm。
4、结论和讨论
研究背景
为了缓解环渤海地区水资源紧缺的压力，我国 的科学工作者大胆地提出了将海冰作为淡水资源开 发利用的设想，从而使得海冰研究的范围扩展到了 资源环境领域，也就提出了一些新的研究问题。其 中，可被利用的渤海海冰资源的数量和分布是首先 要提出的问题之一。
研究现状
海冰资源就是指海冰冰体本身，覆盖于海面上的直 观的单质固体。面积和厚度是海冰资源数量的决定因素。