北极海冰的光谱特征分析

３ ．中 国极 地 研 究 中 心 ， 海 上
２ ０ ３ ０１６
摘
要
北极海冰对全球 气候 变化有着举 足轻重 的作 用 ，它的快速 变化及 其影响是 国 内外关 注的焦点 。采
用 ＡＳ ｉｄ ｐ ｃ３ Ｄ Ｆｅ Ｓ ｅ 便携式地物光谱仪 ，在 ２ １ ｌ ０ ０年中 国第 ４次北极科学 考察 的长 期冰站 观测期 间对不 同类 型的海冰进行了野外光谱 测量 ， 系统分析 了光谱特征 。 结果表 明积雪覆盖海冰 的光谱反射率最高 ，裸露 海冰 其次 ， 表层 消融 的海冰 （ 有融池） 最低 。 厚雪 、薄雪 、 湿雪 、 晶的光谱 曲线 峰谷 特征 明显 ，基本都 随波长 的 雪 增加反射率降低 。 天然海冰 、白冰 、 蓝冰的反射率随波长的变化基本一致 ，反射率居 于中等 ， 冰的反射率 灰
第３卷， ４ ２ 第 期
２０ ｌ２年 ４月
光
谱
学
与
光
谱
分 析
Ｓ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔ ａ ａ ｙ ｉ
Ｖｏ． ２ Ｎ ． 。 ｐ ０ １ １ ８ １３ ． ｏ ４ ｐ ｌ ８ — ０ ４ Ａｐ ｉ ０ ２ ｒｌ ，２ １
收 稿 日期 ：２ １—８０ 。 订 日期 ：２ １一ｌｌ ０ １０ —８ 修 ０ １ｌ —０
为背景 ，设计了北极海冰光谱特征数据 的现场采 集方案 。在
中国第 ４次北极科 学考察 的长期冰站进行 了海冰光谱测 量 ， 采集 了大量海冰光谱数据 。 本研究 旨在 分析北极海冰 不同表 面状态及形态下 的光 谱变 化特征 ， 与遥感数 据进 行对 照 ， 并
反照率为 ０ ０ ， ． ７ 海冰反照率 高达 ０ ５ ｏ ７ Ｅ ． ～ ． ） ，能将 入射 的
大部分太 阳辐射反射 回大气 ，而吸收的短 波辐射很 少。因此 它强烈地制约着海气热量交换 ， 从而对北极气候 乃至北半球 气候起到调控作用［ 。近年来 ，在全球变 暖的背 景下北极 海 ３ ］
北极 海 冰 的光 谱 特征 分 析
柯长青 谢红接 ， ，雷瑞波。 ，李 群。 ，孙 波。
ｌ ＿南京大学地理 与海洋科 学学 院，江苏 南京 ，２ ０ ９ １０３
２ ．Ｄｅ ａ ｔ ｎｔｏ ｏｏ ｉａ ｃｅ ｃ ｓ ｐ ｒｍｅ ｆＧｅ ｌｇｃ ｌＳ ｉｎ ｅ ，Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｘａ ｔＳ ｎ Ａｎｏ ｏ，Ｔｅ ａ ７ ２ ９，ＵＳＡ ｉｅ ｓｔ ｆＴｅ ｓａ ａ ｔｎｉ ｘｓ ８４
引 言
海冰是北极最重要的 自然现象之一 ， 是决 定北半球 气 也 候的重要因子ｌ 。 １ 其对气候 的影响主要是 因为海冰 的年 际变 ］ 化大 ， 并且 因其对太 阳辐 射 的反照率 远大 于海水 （ 水平 均 海
进 行了长期研究 ，也设计 了许多传感器 ， 获取 了丰 富的遥感
数据并 得以广泛应 用。其 中不少 卫星都有 海冰 、积雪 、陆地 冰川监测 的相 关波 段 ，因此也 有 冰 、雪 反射 光谱 特 征 的研
冰发生了巨大 变化 ，主要 体 现在 海 冰外 缘线 缩 短 、面 积 减
少、 厚度减薄 ，因此研究北 极海 冰变化 已经 成为气候 研究 的 重要方向【 。由于北 冰洋 面积 巨大 、自然 环境 恶劣 ，以及 ４ ～］ 极 昼极 夜的交替变化 ， 常规的观测手段无法准确 及时有效地 获取海冰变化的详细信息。随着空 间技术 的发展 ，卫星遥感 技术成为获取北极地区海 冰资料的重要途径 。
来检验遥感 反演海 冰参数 的真实性 。同时探明不 同物 理条件
基金项 目： Ｎ￣（６ 计 划 ） ８３ 重点课 题项 目（０ ８ Ａ１ １０ ） ２ ０ Ａ ２ ７ ５ ，国家 自然科学 基金项 目（ ０ ７ ０ ４ ， ４ ９ １ ４ ） 教育 部新世 纪优 秀人 才支 持计 划项 目
（ Ｅ 一８０ ７ ） ＮＣ Ｔ ０ ２ ６ 和江苏高校优势学科建设 工程项 目资助 作者简介 ： 长青 ，１ ６ 柯 ９ ９年生 ， 南京大学地理与海洋科学学 院教授 ｅｍａｌ ｅｑ ｊ．ｄ ．ｎ － ｉ ｃ ＠ｎｕ ｅｕ ｃ ：ｋ
同时用 光谱数据 计算 了有 效光 合辐 射＿ 】 ，但 是光谱 分辨 率
比较粗 （ 带宽 ｌ ｍ） 波谱范 围较窄 （１ ￣８ ３ｎ ， Ｏｎ ， ３３ ７ ｍ） 不是全
波段 的光谱数据 。 本 文作 者有 幸 参加 中 国第 ４次北 极 科学 考 察 ，以 国家
８３ ６ 计划重点项 目课题“ 区遥感 现场验证 系统 与综合试验 ” 极
究。
国内有 关海 冰光谱特征的研究很少 ，地域范 围主要集 中 在渤海及其 附近海域 。如渤海辽东湾鲅鱼圈港 口附近海冰 的 光谱特征研究 ， 口港近岸海冰 的光谱特征 研究［ ，杨跃忠 营 ８ ３ 等用 自主设计 的海 冰多光谱测量系统采集 了辽东湾海冰的光 谱 特征数据 ， 并进行 了海冰光谱特 征的分析 。赵进平 ｌ ＿ ｇ 叩用 光谱数 据分 析了北极 地 区海 冰吸收和 穿透太 阳辐射的情 况 ，
远低于天然海冰 、白冰和蓝冰 。分析北极海冰 的波谱特性 ，探索北极海冰的定量遥感 研究 ， 而分析其对全 进
球变暖的响应 ， 具有重要 的科学 意义 。 关键词 海冰 ； 光谱特征 ；北极
文献标识码 ： Ａ
中 图 分 类 号 ：Ｐ ３ ． ７３ ３
析、 专题信息提取的基础 ¨ 。国际上对 各地物 的光谱 特性 ６ ］
地物光谱特征是 遥感 技术 的物理基 础 ， 同地物 的光谱 不 特征曲线是地物对电磁波反射 或发射差 异的集 中体 现 ， 建 是
立 地面实测数据 与遥感信息之 间的桥梁 。地物光 谱特征百度文库传 感 器波段选 择和设计 的依 据 ， 也是遥感 数据定 标 、真实性 检 验的依据 ；同时也是遥感 图像解译 分类 、目标识 别 、定量分