不同月海冰边界提取算法对南极海冰变化的影响分析

海冰与海水的交界地带是海-冰-气相互作用的重要区域,其变化会影响海洋生物栖息地的联通状态和海洋、大气的交换,确定海冰边界对于分析海冰动态变化具有重要意义[1-2]。被动微波传感器为长期监测海冰变化提供了大尺度的连续观测数据。从经典统计、随机集理论出发,应用三种由被动微波日均海冰密集度数据提取月均海冰边界的方法,分析三种月均边界的差异,以及不同月均边界提取方法对海冰长期变化分析的影响。

北极海冰薄冰厚度遥感反演模型的船测验证

利用美国科考船Sikuliaq在2015年10月至11月初在北极波弗特海区域获得的512处船测海冰数据,分别对三种不同雪厚参数的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)热力学反演冰厚模型、德国汉堡大学和不莱梅大学发布的SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity mission)海冰厚度产品进行精度验证。结果表明,将船测雪厚作为反演模型中的雪厚参数,得到薄冰厚度与船测薄冰厚度的平均偏差为0.02m,均方根误差为0.12 m,两者均为三种模型中最低而被认为是最优模型。不考虑雪厚的裸冰冰厚模型得到的薄冰厚度与船测薄冰厚度的相关系数为0.72,相关性最高但只适用于冰上无雪盖的情况。以经验雪厚关系推算出的雪厚参数加入反演模型中,得到的冰厚结果在研究验证中精度最不理想。另外,两种SMOS产品与船测冰厚的相关性与均方根误差结果优于MODIS反演结果,且不莱梅大学的SMOS冰厚产品精度更优。因此研究认为现有的MODIS薄冰厚度反演算法的反演精度有待提高,暂不适合作为评定其他薄冰厚度产品精度的标准,只能作为比较数据。

基于AMSR-E的冬季罗斯冰架冰间湖薄冰冰厚反演

利用AMSR-E 36GHz、89 GHz亮度温度计算出的极化比(PR)与热力学冰厚比较,建立了一种针对南极罗斯冰架冰间湖的AMSR-E薄冰反演算法。热力学冰厚由用MODIS晴空下的表面温度数据、ERA-Interim气象数据,根据表面热通量平衡公式反演得到。在排除混合像元以及水汽对89 GHz数据的干扰后,分别对36、89 GHz的AMSR-E亮温极化比拟合指数模型,反演罗斯冰架冰间湖中的0~0.2 m的薄冰冰厚,均方根误差分别为0.003 5 m和0.005 3 m。

基于遥感反演的冰雪参数对气温变化的响应研究

通过对2003-03上旬楚科奇海受暖空气影响过程中MODIS影像反演得到的海冰表面温度(IST)和表层雪粒径(SGZ)等参数的变化进行研究,解释冰雪参数对环境因子变动的响应机制。研究发现,MODIS热红外反演得到的IST对气温(AT)变化的响应比较迅速。根据03-10 IST与AT可建立响应函数IST(AT),进而得到IST与IST(AT)的差值e图像,e可作为剔除气温影响后的冰面温度异常指数,有助于优化基于MODIS IST的冰间水道的提取。

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。

1978~2014南极海冰边缘线长度时间序列变化

基于SMMR和SSM/I海冰索引数据集,建立并分析了1978-11至2014-12月36a的南极海冰边缘线长度时间序列。南极冰缘线长度增长速度为19.54±16.31km/a（p〈0.05）。每年海冰范围从3月开始增长,9月达到峰值然后下降;冰缘线长度也呈现稳定的周期性变化,在3~8月缓慢增长,继而略微下降,11月开始迅速增长,12月到达峰值后迅速下降。通常冰缘线长度最大值出现在12月,最小值在3月。冰缘线长度的变化与海冰范围和海冰形状FRAC指数相关,在3月、11月、12月,冰缘线长度的变化趋势与海冰形状FRAC指数一致,与海冰范围相反。在其他月份冰缘线长度的变化趋势则与海冰范围相同,与海冰形状FRAC指数相反。在5个地理分区中,印度洋区、罗斯海区冰缘线长度呈正增长趋势,别林斯高晋海区呈明显负增长趋势,西太平洋区、威德尔海区变化趋势不明显。5个地理分区的冰缘线长度都只在个别月份呈现明显的趋势变化,大部分时间没有明显趋势。