北极海冰输出研究综述

北极海冰对全球气候变化起重要的指示作用。除了海水冻结和融化过程以外,通过弗拉姆海峡(Fram Strait)的海冰输出也是影响北极海冰质量变化的重要动力机制。观测数据中的多源卫星遥感数据(尤其是辐射计观测数据)在获取大尺度连续观测方面具有独特的优势,在研究北极海冰输出面积通量变化方面有着广泛应用。本文总结了北极弗拉姆海峡、其他通道(S-FJL、FJL-SZ、加拿大群岛、Nares海峡通道)海冰输出面积或体积通量,着重介绍了弗拉姆海峡不同年龄海冰输出情况,并总结和分析了影响北极海冰输运的大尺度大气活动模态。最后,本文阐明北极海冰输出方面现有研究的不足之处以及未来的突破方向。     

近40年北极海冰范围变化特征分析

随着全球变暖,北极海冰正在发生快速变化。文中使用北极地区1972年1月—2012年12月海冰密集度卫星遥感资料,计算了北极海冰范围,讨论了北极海冰范围的各月年变化趋势,并分析了北极海冰范围与北半球温度异常、大气中CO2浓度的关系。分析结果表明:近40年北极海冰呈显著减少趋势,9月份减少最快;北极海冰的减少滞后于北半球2—4月的异常高温;北极年海冰范围与大气中CO2浓度为负相关,相关系数r为-0.94,说明大气中CO2浓度的增长影响了包括气温在内的气候变化要素,而导致北极海冰消退。     

利用卫星遥感监测南极海冰的研究和进展

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。     

北极楚科奇海海冰面积多年变化的研究

北极气候系统正在发生显著变化,其中,海冰面积和厚度的减小是其最主要的特征.楚科奇海是海冰面积变化最有代表性的区域.文章利用积累了9a的高分辨率海冰分布数据研究海冰面积的多年变化特征.结果表明,各年的冰情有显著的季节内变化,海冰面积距平曲线体现了不同时期海冰面积变化的动态过程.在1997~2005年间,楚科奇海海冰面积经历了轻(1997年)-重(2000~2001年)-轻(2002~2005年)的变化过程.9a的数据总体上体现了海冰面积减小的趋势,2005年的冰情呈现了历史新低.每年融冰期的长短与冰情轻重有密切的关系,冰轻年份融冰开始时间早,冻结结束时间晚.各年海冰面积最小值发生在9月下旬至10月初,各个年份海冰最小面积差别很大.有的年份只有4%,而重冰年可以大于50%.文章采用4个重要参数表达海冰多年变化.其中海冰面积指数反映了当年总体平均的海冰面积距平;海冰最小面积反映了融冰期海冰的极限情况;上一个冬季的气温积温也与翌年海冰面积有良好的关联;分析了风场对海冰的影响,表明风场在融冰期能够在短时间内改变海冰的覆盖面积.     

海冰卫星遥感资料的分析与应用技术研究

本文以卫星遥感资料为基础，与其它冰情实况历史资料进行比较，分析和研究，制定出各预报海区年度及月旬结冰范围等级标准，同时也得到我国结冰海区冰情变化的一些规律。     

基于卫星观测的2003-2013年北极海冰体积变化估算

北极海冰正处于快速减退时期,北极海冰体积变化是全球气候变化的重要指示因子。本文利用两种卫星高度计数据（ICESat和CryoSat-2）反演得到的海冰厚度数据,结合星载辐射计提取的海冰密集度数据以及海冰年龄数据,估算了近期的北极海冰体积以及一年冰和多年冰体积变化。CryoSat-2观测时段（2011-2013年）与ICESat观测时段（2003-2008年）相比,北极海冰体积在秋季（10-11月）和冬季（2-3月）分别减少了1 426 km3和412 km3。其中,秋季和冬季的一年冰的体积增加了702 km3和2 975 km3。相反,多年冰分别减少了2 108 km3和3 206 km3。多年冰的大量流失是造成北极海冰净储量下降的主要原因。     

卫星遥感海冰监测系统在渤海海冰监测中的应用

海冰是渤海冬季常见的一种海洋灾害,对渤海海冰的监测是海洋防灾减灾的重要一环.本文初步分析了卫星遥感监测渤海海冰的能力,介绍了一种结合多遥感卫星数据源的海冰监测系统的搭建方法,该系统实现了从数据输入、预处理直至海冰信息提取、成果输出全过程的处理功能.最后介绍了该系统建成后在2010-2011年冬季渤海海冰监测中的应用情况...     

海冰密集度卫星遥感反演研究进展

海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR（Synthetic Aperture Radar）图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。     

北极海冰的变化特征

本文使用了北极海冰１９７２～１９８９年的资料，分析了北极海冰的区域特征、季节变化和长期变化的特征。发现由于北极海冰南侧被殴亚和北美大陆所包围，处于基本封闭状态，只有通过白令海峡与太平洋相连和格陵兰海和娜威海与大西洋相连的两个通道，其环境条件与南极海冰绝然不同，因此其特征也明显不同。１、季节变化小。净冰面积冬季是夏季的２倍左右，而南极海有６倍之差。２、海冰寿命较长。以多年冰为主，平均寿命为１．３年。     

Arctic sea ice volume export through the Fram Strait from combined satellite and model data: 1979–2012

By combing satellite-derived ice motion and concentration with ice thickness fields from a popular model PIOMAS we obtain the estimates of ice volume flux passing the Fram Strait over the 1979–2012 period. Since current satellite and field observations for sea ice thickness are limited in time and space, the use of PIOMAS is expected to fill the gap by providing temporally continued ice thickness fields. Calculated monthly volume flux exhibits a prominent annual cycle with the peak record in March(roughly 145 km3/month) and the trough in August(10 km~3/month). Annual ice volume flux(1 132 km~3) is primarily attributable to winter(October through May) outflow(approximately 92%). Uncertainty in annual ice volume export is estimated to be 55 km~3(or 5.7%). Our results also verified the extremely large volume flux appearing between late 1980 s and mid-1990 s. Nevertheless, no clear trend was found in our volume flux results. Ice motion is the primary factor in the determination of behavior of volume flux. Ice thickness presented a general decline trend may partly enhance or weaken the volume flux trend. Ice concentration exerted the least influences on modulating trends and variability in volume flux. Moreover, the linkage between winter ice volume flux and three established Arctic atmospheric schemes were examined. Compared to NAO, the DA and EOF3 mechanism explains a larger part of variations of ice volume flux across the strait.     

Recent satellite-derived sea ice volume flux through the Fram Strait: 2011–2015

The Fram Strait(FS) is the primary region of sea ice export from the Arctic Ocean and thus plays an important role in regulating the amount of sea ice and fresh water entering the North Atlantic seas. A 5 a(2011–2015) sea ice thickness record retrieved from Cryo Sat-2 observations is used to derive a sea ice volume flux via the FS. Over this period, a mean winter accumulative volume flux(WAVF) based on sea ice drift data derived from passivemicrowave measurements, which are provided by the National Snow and Ice Data Center(NSIDC) and the Institut Francais de Recherche pour d'Exploitation de la Mer(IFREMER), amounts to 1 029 km~3(NSIDC) and1 463 km~3(IFREMER), respectively. For this period, a mean monthly volume flux(area flux) difference between the estimates derived from the NSIDC and IFREMER drift data is –62 km~3 per month(–18×10~6 km~2 per month).Analysis reveals that this negative bias is mainly attributable to faster IFREMER drift speeds in comparison with slower NSIDC drift data. NSIDC-based sea ice volume flux estimates are compared with the results from the University of Bremen(UB), and the two products agree relatively well with a mean monthly bias of(5.7±45.9) km~3 per month for the period from January 2011 to August 2013. IFREMER-based volume flux is also in good agreement with previous results of the 1990 s. Compared with P1(1990/1991–1993/1994) and P2(2003/2004–2007/2008), the WAVF estimates indicate a decline of more than 600 km~3 in P3(2011/2012–2014/2015). Over the three periods, the variability and the decline in the sea ice volume flux are mainly attributable to sea ice motion changes, and second to sea ice thickness changes, and the least to sea ice concentration variations.     

基于高光谱遥感的渤海海冰厚度半经验模型

Sea ice thickness is one of the most important input parameters for the prevention and mitigation of sea ice disasters and the prediction of local sea environments and climates. Estimating the sea ice thickness is currently the most important issue in the study of sea ice remote sensing. With the Bohai Sea as the study area, a semiempirical model of the sea ice thickness(SEMSIT) that can be used to estimate the thickness of first-year ice based on existing water depth estimation models and hyperspectral remote sensing data according to an optical radiative transfer process in sea ice is proposed. In the model, the absorption and scattering properties of sea ice in different bands(spectral dimension information) are utilized. An integrated attenuation coefficient at the pixel level is estimated using the height of the reflectance peak at 1 088 nm. In addition, the surface reflectance of sea ice at the pixel level is estimated using the 1 550–1 750 nm band reflectance. The model is used to estimate the sea ice thickness with Hyperion images. The first validation results suggest that the proposed model and parameterization scheme can effectively reduce the estimation error associated with the sea ice thickness that is caused by temporal and spatial heterogeneities in the integrated attenuation coefficient and sea ice surface. A practical semi-empirical model and parameterization scheme that may be feasible for the sea ice thickness estimation using hyperspectral remote sensing data are potentially provided.     

基于多时相遥感数据的海岸线自动提取方法

海岸线是海洋的重要组成部分,对于海域管理具有重要意义.本文根据岸线位置确定原理,即将多时相瞬时水边线上边界近似作为海岸线,提出了一种基于多时相水边线的海岸线自动提取方法,该方法应用区域生长与边缘检测相结合的方法提取瞬时水边线,然后采用海岸线自动判别算法进行海岸线的提取.首先计算归一化水体指数(normalized di...     

基于合成孔径雷达遥感的北极海冰总形变率分析

基于RADARSAT地球物理处理器系统(RGPS)的北极海冰运动散度、旋度和剪切产品,本文计算了北极海冰总形变率,给出了所有RGPS产品时空覆盖范围的总形变率空间分布和时间平均总形变率大于0.01d-1的概率分布。结果表明:对整个RGPS数据库而言(时间跨度从1996年11月至2008年4月),平均总形变率为0.020 4d-1,总形变率大于0.01d-1的数据样本为总样本的45.89%。总形变率高值主要分布在近岸海域,靠近北极点附近的总形变率相对较小。北极海冰总形变率随季节变化,夏季平均总形变率及总形变率大于0.01d-1发生概率要比冬季大,其中,夏季总形变率大于0.01d-1发生概率为59%,而冬季要比夏季低18%。其可能机制主要是,夏季北极地区温度升高,形成海冰融化-破碎-更易融化-更易破碎的放大效果,导致北极海冰总形变率变大。     

台湾海峡及其邻近海域海面温度锋的卫星遥感观测

使用1989~2001年的NOAA AVHRR图像,研究了我国台湾海峡及其邻近海域的海面温度锋.卫星遥感观测表明,该海域海面温度锋终年存在,锋面沿50~100 m等深线分布,西段呈西南西-东北东走向,东段以舌状向北突出,长约470 km.给出了该海域海面温度锋的多年月平均、季平均和年平均特征值.统计结果显示,锋的平均强度、平均最大强度和平均宽度分别为0.147,0.281℃/km和15.15 km.锋的各种特征存在明显的季节和年际变化.锋的不稳定性普遍存在,沿锋面常形成半环状的锋波,使锋面呈半环状波动分布.锋波形成的时间尺度约为1~7 d,锋的波长约为35~133 km,年平均波长为63 km,波幅为25~70 km.锋面的波动向北东北方向传播,并存在锋面整体向北东北的平移现象.     

海雾卫星遥感监测研究进展

海雾导致能见度降低,给海上交通和海上作业造成极大威胁。卫星遥感是海雾监测不可或缺的重要技术手段。本文从海雾遥感监测的原理出发,首先介绍海雾的辐射特征和纹理特征,进而对近年来海雾遥感监测方面的研究进行回顾,包括海雾的识别探测研究和海雾物理特征量的反演研究,最后对海雾遥感监测中存在的一些问题进行了讨论。