基于NSIDC海冰产品的FY北极海冰数据集优化

北极海冰对全球气候起着非常重要的调制作用,海冰范围是海冰监测的基本参数。近40年,北极地区持续变暖,北极海冰显著减少,进而引发北极自然环境恶化、北半球极端天气频发、全球海平面上升等一系列环境和气候问题。准确获取北极海冰范围及其演变趋势,确定海冰变化对全球气候系统的响应,是研究和预测全球气候变化趋势的关键之一。HasISST和OISST海冰数据集在海冰监测中应用最为广泛,可为北极地区长时间序列海冰变化研究提供基础数据,但这2套数据集空间分辨率相对较低,应用于北极关键区对中国气候响应研究方面存在很大的局限,为解决这一问题和弥补国内海冰监测微波遥感数据的空白,2011年6月27日,国家卫星气象中心（National Satellite Meteorological Center, NSMC）发布了FY（Fengyun, FY）北极海冰数据集,该数据集利用搭载在FY卫星上的微波成像仪（Microwave Radiation Imager, MWRI）数据,使用Enhance NASA Team算法制作,该算法利用前向辐射传输模型模拟北极地区4种海表类型（海水、新生冰、一年冰和多年冰）在不同大气条件下MWRI辐射亮温,进而得到每种大气条件下0~100%的海冰覆盖度查找表（海冰覆盖度每次增加1%）,通过观测值与模拟值的比对得到海冰覆盖度,由该数据集计算得到的北极海冰范围在大部分区域与实际情况相符。该产品虽已进行通道间匹配误差修正和定位精度偏差订正,但由于其搭载的微波成像仪（Microwave Radiation Imager, MWRI）天线长度有限,造成传感器探测到的地物回波信号相对较弱,难以区分海冰和近岸附近的陆地,影响了该数据集的精度和应用。为解决这一问题,本文基于美国冰雪中心（National Snow and Ice Data Center, NSIDC）发布的海冰产品对FY海冰数据集进行优化,NSIDC产品利用判断矩阵对海岸线附近的像元进行识别,并对误差像元进行不同程度的修正,由NSIDC产品计算得到的北极海冰范围与实际情况更为符合。数据集优化大大提高了FY海冰数据集的精度,研究结果表明,优化后FY海冰数据集与NSIDC产品相关系数高达0.9997,且二者日、月、年平均最大海冰范围偏差仅为3.5%、1.9%、0.9%,且FY海冰数据集优化过程对其较好的空间分异特征无明显影响。该数据集可正确地反映北极海冰范围及其变化情况,且海岸线附近海冰的分布情况更准确,可为北极海冰变化研究提供可靠的基础数据。     

极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享研究

本文以SOA开放式架构与OGC标准规范,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享服务体系。服务体系以"模型服务"为核心,探讨了模型服务接口和模型服务的互操作问题。为了简化极地海冰-海洋参数遥感反演模型的分布式共享过程,提出了极地海冰-海洋参数遥感反演模型共享服务平台的概念。共享服务平台处于模型与模型应用客户端之间,可以实现两者之间的数据转化和功能协同,以及实现模型算法与其他功能的分离,使模型开发者可以专注于模型算法的设计和实现。最后,以海冰密集度遥感反演模型和冰间湖识别模型为例,实现了极地海冰-海洋参数遥感反演模型分布式共享方法。     

北极海冰范围时空变化及其与海温气温间的数值分析

本文利用美国国家冰雪中心提供的1989-2014年海冰范围资料,分析了北极海冰范围的年际变化和季节变化规律。分析发现,北极海冰范围呈减少趋势,每年减小\begin{array}{c}5.91\times {10}^4\mathit{k}{m}^2\end{array},夏季减少趋势显著,冬季减少趋势弱。北极海冰范围显现相对稳定的季节变化规律,海冰的结冰和融化主要发生在各个边缘海,夏季期间的海冰具有融化快、冻结快的特征。结合海温、气温数据,进行北极海冰范围与海温、气温间的数值分析,结果表明北极海冰范围变化通过影响北极海温变化进而影响北极气温变化。海冰范围的季节变化滞后于海温和气温的季节变化。基于北极考察走航海温气温数据,进行楚科奇海海冰范围线与海温气温间的数值分析,发现楚科奇海海冰范围线所在区域的海温、气温与纬度高低、离陆地远近有关。     

利用ICESat/GLAS数据获取北极海冰出水高度的研究

利用ICESat激光测高卫星数据获取2003-10～2008-03北冰洋秋季与冬季海冰出水高度,结果与国外相关研究基本一致。出水高度数据的拟合结果表明,北极海冰出水高度以每年约2.3 cm的速度递减,该速度比此前的相关研究结果更快。在不同作者利用ICESat数据计算的北极海冰出水高度的对比中,不同方法得到的结果之间存在明显的系统误差。对引起系统误差的原因进行深入分析表明,高程滤波的窗口长度、确定海面高的范围以及海面观测值的选取方式都会使出水高度的计算产生cm级的误差。     

2015—2020年辽东湾海冰冰情时空特征及其影响因素

受冬季强寒潮侵袭,辽东湾会出现大范围结冰现象。为了分析2015—2020年辽东湾海冰冰情的变化规律与影响因素,本文选取Sentinel-1A/B数据开展辽东湾海冰监测。首先,采用巴氏距离选择最优纹理特征组合,再利用最大似然方法实现海冰分类;然后,根据上述海冰分类结果,分析海冰冰情等级、海冰外缘线、海冰面积、海冰类型和海冰结冰概率等冰情特征的变化规律;最后,研究海水深度、海温、气温和风速与海冰冰情的关系。主要结论如下：① 采用不同纹理特征组合方法和本文方法对2020年2月1日Sentinel-1B影像进行实验,结果表明本文方法的总体分类精度和Kappa系数分别为93.16%和0.85,分类精度最高。② 11月末到12月海冰类型以初生冰为主,间有灰冰;1月到2月中上旬以灰冰为主,间有初生冰和白冰;2月下旬到3月上旬的海冰类型以灰冰和初生冰为主。辽东湾内部结冰概率存在差异,北部沿岸结冰概率高于南部,东部结冰概率高于西部。辽东湾海冰冰情受海水深度、海温和气温影响明显,受风速影响较小。     

北极海冰的基本特征

本文应用1953～1984年的北极海冰资料,分析各区海冰的季节变化、年际变化、自相关特性及互相关特性。认为Ⅰ区海冰占有最大权重,又具有较大的方差,在全区海冰中起着重耍作用。冬季,各区海冰相互关联,其余季节,基本上相互独立。各区海冰均提供了气候“贮存”机制,一个季节的冰能影响下一个季节冰的特性;冬季的贮存能力大于夏季,春秋次之;Ⅱ区和Ⅳ区冰的持续性优于Ⅰ区 。     

北半球海冰和陆雪对东亚季风的影响及作用的可能途径

本文应用统计方法分析陆雪和海冰与东亚夏季风的关系。分析结果表明:前期海冰和陆雪,对夏季风强度有影响,而与夏季风同时的海冰和陆雪的异常,却与夏季风相关甚小,这是由于大气状况的变化与下垫面的能量储放有关。本文初步探讨北极海冰对东亚夏季风影响的可能途径,认为海冰通过大西洋海温、大西洋副热带高压及青藏高压,由夏季对流层上层的东西热力环流圈和季风环流圈,对东亚夏季风起一定影响。     

北极熊栖息地稳定性的遥感评估方法

北极熊是北极最重要的哺乳动物之一,近年来数量却在减少。海冰作为北极熊狩猎、活动和繁殖的平台,是其栖息地的重要组成部分。因此其种群栖息地变化主要依赖于海冰变化。本文基于美国雪冰中心的海冰密集度和NOAA提供的ETOPO1基岩数据,分析了北极海冰密集度、开阔水域面积、海冰消退时间、海冰出现时间、开阔水域季节长度的年际变化,进而评价北极熊栖息地的稳定性。结果表明,海冰密集度呈现降低的趋势,开阔水域面积增大,多年冰数量减少,大多变为一年冰。海冰消退时间提前,海冰出现时间延后,开阔水域季节长度大幅增加,与1992年相比增加了72 d。19个栖息地中,巴伦支海是开阔水域面积和季节长度变化贡献最大的海域,增加速度分别为9.71×10³ km²/a和71.69 d/10a。以开阔水域季节长度变化率为依据,将北极熊栖息地划分为稳定、次稳定和不稳定3个等级。总共有3个稳定栖息地,包括分布在相对其他栖息地而言纬度较低的楚科奇海、西哈得孙湾和南哈得孙湾。13个次稳定栖息地,包括拉普捷夫海、喀拉海、东格陵兰、巴芬湾、戴维斯海峡、福克斯湾、布西亚湾、麦克林托克海峡、梅尔维尔子爵海峡、挪威湾、北波弗特、南波弗特和兰开斯特海峡。3个不稳定栖息地,均位于70°N以北,包括北极盆地、巴伦支海和凯恩盆地。稳定区主要位于低纬度,不稳定区全部位于高纬度。该分级结果表明高纬度地区虽然海冰覆盖多,但是年际变化十分显著,不稳定的3个区域内北极熊对海冰变化适应时间更少,年际迁移变化大,对北极熊的生存发展更为不利。     

基于CryoSat-2数据反演2011～2017年波弗特海海冰厚度变化

利用CryoSat-2卫星测高数据反演波弗特海的海冰厚度,并利用2010~2013年10月份仰视声呐(ULS)和2011年冰桥计划（IceBridge）数据对结果进行精度评估。结果表明,测高反演的海冰吃水深度与ULS吃水深度差值的最大值和标准差分别为14 cm和4 cm;测高反演的海冰厚度与冰桥计划海冰厚度差值的平均值和标准差分别为2.7 cm和65.7 cm,优于Laxon(2013)研究结果（分别优化2.1 cm和6.6 cm）。在此基础上,研究2011~2017年波弗特海夏冬两季的海冰厚度变化,发现二者具有类似的分布特征,且冬季3月海冰覆盖范围更广,厚度更大;进一步分析2011~2017年3月份冬季海冰厚度年际变化,发现其呈整体下降趋势,且2012年最小,2014年最大。     

四硼酸锂晶体的介电频域谱研究

选用优质四硼酸锂单晶加工成小薄片后测量其频域介电谱。在kHz至1 MHz范围内,观察到空间电荷等所引起的损耗峰,但损耗峰形复杂,不能用用德拜弛豫模型描述;从科尔—科尔图的趋势可以判断该晶体中,空间电荷引起的介电常数变化范围约为9.98¹0.07。由紫外吸收谱估算出电子谐振频率高于1.67 PHz,根据光频段的介电色散模型,分析了折射率测量的实验结果,可得:晶体中电子极化的直流介电常数约为2.55,偶极取向极化和原子(离子)极化对直流介电常数的贡献约为7.43。     

波谱模拟模型在遥感中的应用

波谱模拟模型在遥感应用中至关重要，但是传统的波谱模拟模型应用主要是基于单机版的应用，模型模拟的结果不能广泛共享，并且利用波谱数据库的支持也十分有限。试图突破这种局限，以波谱模拟模型在遥感中的应用为主线，参照知识库系统建设的理论，采取B／S的网络结构．充分利用波谱数据库和先验知识库的强大支持，建立分布式波谱模拟模型的应用系统，通过一定的规则和算法自动从波谱数据库和先验知识库中调用数据和知识作为模型的输入参数；对于模拟的结果．可以根据用户意愿决定是否录入波谱数据库，作为知识库系统的知识获取机制，为用户进行遥感应用提供了一个有力的支持平台。     

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Parameterized first-guess spectrum method for retrieving directional spectrum of swell-dominated waves and huge waves from SAR images

A method to retrieve ocean wave spectra from SAR images, named Parameterized First-guess Spectrum Method (PFSM), was proposed after interpretation of the theory to ocean wave imaging and analysis of the drawbacks of the retrieving model generally used. In this method, with additional information and satellite parameters, the separating wave-number is first calculated to determine the maximum wave-number beyond which the linear relation can be used. The separating wave-number can be calculated using the additional information on wind velocity and parameters of SAR satellite. And then the SAR spectrum can be divided into SAR spectrum of wind wave and of swell according to the result of separating wave-number. The portion of SAR spectrum generated by wind wave, is used to search for the most suitable parameters of ocean wind wave spectrum, including propagation direction of ocean wave, phase speed of dominating wave and the angle spreading coefficient. The swell spectrum is acquired by directly inversing the linear relation of ocean wave spectrum to SAR spectrum given the portion of SAR spectrum generated by swell. We used the proposed method to retrieve the ocean wave spectrum from ERS-SAR data from the South China Sea and compared the result with altimeter data. The agreement indicates that the PFSM is reliable.     

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结构损伤线性及非线性特征谱模式识别及应用

利用时间序列动态数据处理与建模对结构有损状态进行线性和非线性过程处理,用这两种方法对结构的物理状态进行谱分析和模态频率的提取进行了比较,计算结果表明非线性 Ｓ Ｅ Ｔ Ａ Ｒ 模型在特征谱的识别与提取上比线性 Ａ Ｒ Ｍ Ａ Ｘ 模型更有效,对微小损伤更灵敏。说明了在参数识别中非线性 Ｓ Ｅ Ｔ Ａ Ｒ 模型对物体损伤情况下振动数据建模较为客观,更能反映振动体系的损伤信息,是损伤识别数学模型有效的方法。     

珠江口水体叶绿素a浓度高光谱反演研究

对珠江口水体进行了现场光谱测量和同步的水质采样分析,发现695nm处的一阶导数光谱数据对叶绿素a浓度有很好的指示作用,由此建立了基于695nm处一阶导数光谱数据的叶绿素a浓度的线性模式、二次多项式模式、三次多项式模式和指数模式。两次实验的结果表明:指数模式的R2(确定系数)为0.7584,预测平均相对误差为26.7239,是估算珠江口水体叶绿素a的最佳的模式。     

随钻核磁共振测井在南海文昌油田低阻油层流体识别中的应用

随钻核磁共振测井在南海文昌油田低阻油层的开发中以安全高效的测井方式提供了孔隙度、渗透率等参数,且在定性识别轻质油层方面发挥了关键作用。为了进一步提升随钻核磁共振测井在文昌油田低阻油层流体识别中的使用价值,从孔隙结构和流体性质2个影响因素出发,提出了T₂谱含油特征指标法并引入纯水谱重构法开展流体定量识别。其中T₂谱含油特征指标法以消除孔隙结构的影响为基础,利用轻质油和水的横向弛豫时间差异提取轻质油真实的拖尾现象达到定量识别流体的目的;水谱重构法则采用球管模型和正态分布模型分别构建束缚水谱和可动水谱,并将两者之和作为纯水谱,通过与实测核磁T₂谱的对比提取流体性质信息,达到识别流体性质的目的,2种方法在文昌油田低阻油层的流体识别中均取得了良好的应用效果,可在低阻油层、水淹层等储层流体的定量识别中发挥显著作用。     

Directional Spectrum of Wind Waves: Part Ⅱ- Comparison and Confirmation

1　Introduction1.1　Proposed ModelonDirectionalFrequencySpec trum　ThisisthePartⅡofthetwo papersetondirection alspectraofwindwaves.Anewmodelonthedirec tionalspectrumofwindwavesfordeepwaterispro posedbasedonthestatisticsofwindwavesinthePartⅠ .Substituting (4 5 )ofPartⅠinto (4 0 )andaddingapeak enhancementitemγΓ,weobtainS(ω ,) =0 .0 0 93αaαwD( ,k) ωpω2 ξ- 4g2ω5×exp - 2 ξ+14[bωp +(1-b)ωp]4ω4 γΓ. (1)Here ,αaisthewaveagefactorofspectralcoefficientdefinedbyαa = ω0 .55…     

A wave modulation model of ripples over long surface waves

A study is presented on the modulation of ripples induced by a long surface wave (LW) and a new theoretical modulation model is proposed. In this model, the wind surface stress modulation is related to the modulation of ripple spectrum. The model results show that in the case of LW propagating in the wind direction with the wave age parameter of LW increasing, the area with enhanced shear stress shifts from the region near the LW crest on the upwind slope to the LW trough. With a smaller wave age parameter of LW, the ripple modulation has the maximum on the upwind slope in the vicinity of LW crest, while with a larger parameter the enhancement of ripple spectrum does not occur in that region. At low winds the amplitude of ripple modulation transfer function (MTF) is larger in the gravity wave range, while at moderate or high winds it changes little in the range from short gravity waves to capillary waves.     

时空推理模型的烟草长势图谱分析与监测

光谱曲线的差异是由多种因素所致的,不同地物光谱反射曲线是地物对电磁波反射或发射差异的集中体现。由此可根据不同地物对入射电磁波反射形成的不同光谱曲线来区分不同的地物类型。据此,我们将地物光谱的时空特性变化作为研究的重点,运用地学图谱理论,结合超图时空概念模型,对地学现象时空特征及其规律的概念性表达,并使用面向对象技术结合影响烟草长势的时空因子,构建了一个实用的时空推理模型,并应用于烟草的长势监测。