利用卫星遥感监测南极海冰的研究和进展

第13卷　第4期海　洋　预　报Vol.13,No.4 1996年11月MARINE FORECAS TS Nov.,1996

利用卫星遥感监测南极海冰的研究和进展

郝春江　解思梅　王毅　邹斌

(国家海洋环境预报中心,北京)

摘 要

本文是根据南极“八五”国家攻关课题中的“南极海冰监测和预报”的考核目标,实现为南极考察船在冰区中航行提供精确和清晰的冰图和预报。为达到此目标,首先于1992/93年第9次

南极考察队在南极长城站和中山站建立了高分辨率卫星接收站,工作3年共记录了卫星资料

1A磁带1000多盘约500千兆,并能现场提供卫星云图作为气象预报的重要依据。这两个站的

卫星接收处理系统均是在DOS系统下的卫星小遥感系统。

这些磁带带回国内后,进行处理提取海冰信息大约要1200个工作日,并且必须有配套的处理系统,即在AST386微机上配有M V P图象板和SO NY监视器的系统上。但这些硬件都已淘

汰,无法配置。

新研制的Window s系统下的卫星接收小遥感处理系统充分体现Window系统的优点,即多任务、多窗口、自由漫游、用户界面友好等。比原系统的处理速度提高了10倍,读取和记带速度

提高了5倍,图象分辨率提高了16倍。图象信息增加了21倍。该系统不需要任何图象板和监

视器,只需一台微机即可,并不受微机更新换代的影响,故延长了寿命。该系统能提供高分辨率

的冰图,精确表示出冰缝、水道区,为船舶航行起到更好的导航作用。

关键词:卫星遥感接收系统,监测南极海冰。

一、引 言

自从我国在东南极普里兹湾东岸建立了中山站,南极考察船每年都要穿越普里兹湾冰区抵达中山站,进行后勤补给和换班,隔2年还要实行一船两站绕南极航行,此期间需在冰区外缘带中航行,因此海冰是我国南极考察船航行和科考的最大障碍和灾害,对南极海冰的预报要求迫切。为了做海冰预报,首先就要对海冰进行监测,获取实时资料和冰情,方可进行海冰预报,为船舶提供实况和预报。

南极由于特殊恶劣环境的原因,地面测站和船舶都很少,我国的南极考察船航行的海域大(绕南极的冰洋区),只有卫星监测才能获取大范围的海冰资料。

为了解决海冰监测的问题,“八五”国家南极攻关课题的重要任务之一就是解决此问题。

＊　本文得到国家自然科学基金和国家南极“85”攻关905项目共同资助。

　＊＊　本文于1996年6月收到。

二、卫星遥感监测接收系统

1.卫星遥感监测海冰的方法

在南极长城站和中山站建立了高分辨率的卫星接收系统。

首先在南极长城站于1992年12月16日建立了高分辩的卫星接收站,该站上所有的接收系统是由国家海洋环境预报中心遥感部“75”期间研究成功的卫星接收微机化的小遥感系统。与此同时在中山站于1993年1月由国家气象卫星中心也建成了卫星接收站,其接收系统是由该中心“75”期间研制成功的小遥感卫星接收系统。这两个站的卫星接收系统的性能基本相同。所用天线均是由川页公司赞助的小型天线。

由于在两个站顺利的建成了卫星接收站,从1993年1月开始正式接收卫星资料,已接收了将近3年的1A 格式的资料,两站已记录了约1000盘525兆的小磁带资料,为研究卫星遥感监测海冰的方法提供了基础资料。

2.南极两站卫星资料的处理和应用

为了处理由南极带回来的卫星资料首先也相应配置了与南极站上相同的接收处理系统,该系统的主要特点是依托于M VP 图象版和SONY (512×512)的监视器系统,并要求在386微机上DOS 系统下进行工作。

在处理一年一度由南极带回来的大量磁带(每年300多盘)时,发现:(1)工作量大。(2)消耗磁带价格太贵(每盘带高时为380元,现在也要250元),要全部复制保存应用是不可能的,因为每年支出的磁带费约10万元。(3)磁带读取方式费时间,一盘带上的记录10条轨道的文件,读取一盘带约需5个小时。(4)显示出来的图象分辨率低。因为SONY (512×512)型号的显示器,在读取1A 资料时只能4取1,虽然NOAA 卫星分辨率为1.1km ,但经过系统处理后显示出来的清晰度却降低了16倍。因此不能分析出来较狭窄的冰裂缝,也不能为南极考察船在现场提供祥细的航道起到导航的作用。(5)该卫星接收系统不能支持普通的激光打印机输出图象随时在站上向船上传送海冰密集度分布图提供导航。只能用硬拷贝但价格太昂贵。(6)所采用的MVP 图象版和监视器目前已被陶汰,市场上无货源供应。

由于以上6个方面的原因,特别是(4)、(5)两个问题不能解决现场接收及时向船上提供冰情预报问题,是关键性的问题。

3.研制成功改进了的WIN DOWS 系统下的卫星遥感接收系统

由于以上5个方面的问题,从1994年度开始研究WINDOWS 系统下的卫星接收系统。该系统已于1995年研究成功,并在1995年11月由第12次科考队到南极去更新原接收系统,特别是要解决中山站现场接收云图和冰图,向船上随时提供云图和冰图指导航行。

该系统是在W INDOWS 系统下的软件系统,其优点:

(1)比原系统的硬设备要求简易(原系统指两站以建立的DOS 系统下的卫星遥感系统)。只需要在一台586微机(或其它档次的都可以,当然微机档次越高相应的速度越快),不需要MVP 图象版或其它图象显示卡来支持。解决了不会因随着微机等硬设备系统的迅10

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速发展而被陶汰。

(2)该系统可以支持激光打印机,可输出清晰的图象,随时提供给用户。

(3)显示功能提高了目标图象信息量。

可显示2048×2710×24=5529600×24位真彩色,比原来的512×512×24提高了21倍。

(4)可以同时显示多种图象。

在屏幕上可同时显示局部和整体等多幅图象。可根据需要将局部放大数倍和数十倍。多幅图象同时显示便于比较。这是WINDOWS 系统的多窗口独特的功能。原系统在DOS 系统下就不具备这种功能。

(5)可以作图象屏幕漫游,上下卷动、左右移动,而原系统也不具备这种功能。

(6)从M VP 图象版转移到WINDOWS 系统上,实质上是实现了从硬件到软件的移植,结束了对MVP 图象版依赖的状况(该版已停止生产,市场上已经绝迹)。而WINDOWS 系统是当今所有微机的基本支持系统,今后一切厂商的软件开发都必须支持W INDOWS ,所以实现了图象系统的W INDOWS 移植就可以方便地应用这些最新的成果。

(7)改用了4M M /4G 的小磁带,其优点是:①存储量大(2～4G ),是原来525磁带的4～8倍;②体积小是原用小磁带的六分之一;③记录和读取比原525磁带所用时间少,提高5倍,价格便宜。记录同样多的资料所需费用仅是原磁带费用的1/10,每年两站的磁带消耗费可节约10多万元。

(8)开发新产品的功能增强了。除原来只能带回的1A 带之外,现场可在3～5分钟内完成1A -1B 转BMP 形式(而原来系统1A -1B 需20～30分钟),将其成品图象选择性的记录到图象库中。有了图象库使用非常方便,带回来的产品可直接应用于研究和预报,方便了用户。不需再从1A -1B 选图花费大量的时间和精力了。

4.利用WIND OWS 系统下的卫星接受处理系统处理出的云图和海冰图

举例

:

图1　1993年11月27日11时44分在德雷克海峡西侧向东移动的一个强气旋

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