雷达监测海冰,海浪参数系统的研究

我国渤海是世界上典型的海湾结冰区。在冰区中航行的船只和石油平台以及港口工程等都受到冰的危害。本文将介绍我国应用岸基雷达监测海冰参数系统技术方面的进展,着重介绍岸基雷达测冰系统和这些系统的使用特点及测量结果。     

我国海冰观测预报及其应用综述

文章介绍我国渤海和黄海北部海冰灾害的概况以及包括观测内容、数据获取和观测产品在内的我国海冰观测预报工作的基本情况;以俄罗斯和加拿大为例介绍国外开展海冰观测预报和信息产品应用的经验,同时介绍国际海冰组织开展工作的情况。结合我国经济发展和"一带一路"建设需求,对我国海冰观测预报工作提出建议,即扩展观测预报区域,做好信息发布;扩大信息应用领域,研发内容更加丰富的信息产品;加强国际交流合作,借鉴和应用国际经验。     

影响海冰（海滨）观测资料非均一性因素的初步探讨

本文根据1980－1987年大鹿岛、长兴岛、鲅鱼圈、葫芦岛、秦皇岛、塘沽、龙口海洋站的海冰资料，从几个方面分析了引起资料非均一性的原因，并提出了排除资料非均一性的建议。     

利用CCD成像技术进行渤海海冰观测探讨

利用CCD成像技术进行走航海冰观测是国际南极科学委员会海冰过程与气候项目制定的南极海冰观测方法的一部分.本文介绍了利用CCD成像技术进行海冰观测及其图像信息提取的基本原理,分析了该项技术在南北极海冰走航观测应用实践中的成功经验及问题所在,讨论了南北极与渤海冰情和调查作业环境的差异,探讨了利用CCD成像技术进行渤海海冰观测的应用前景.     

基于极化散射特征的极化合成孔径雷达海冰分类方法研究:以渤海海冰分类为例

海冰监视监测的关键是提取海冰类型,准确提取海冰类型对于评估海冰冰情、保证航海及海洋作业安全具有重要的意义。利全极化合成孔径雷达影像(SAR)的优势,提取海冰的极化散射特征;在此基础上结合二叉树分类思想,开展极化SAR海冰类型的分类算法研究,提高SAR海冰分类精度;与传统的海冰分类方法相比较,验证了本方法的有效性。     

北极夏季海冰反照率的观测和数值模拟试验

在中国第3次北极科学考察浮冰站开展了积雪/海冰反照率观测.本文对观测结果进行了分析,并结合一维高分辨雪/冰模式(HIGHTSI)对3个常用的反照率参数化方案在天气尺度的表现进行了评估.观测期间测站反照率变化范围0.75～0.85,其天气尺度变化同天气和表面冰、雪状况紧密相关,降雪和吹雪过程可改变表面积雪厚度及水平分布,...     

基于SMAP卫星雷达资料的海冰密集度反演技术研究

SMAP是美国于2015年初发射的一颗卫星,搭载了L波段的雷达。它采用圆锥扫描方式,具有固定的入射角、较大的幅宽和千米级的分辨率,在海冰监测方面具有独特的优势。本文利用SMAP卫星雷达资料分别与德国Bremen大学海冰密集度产品和美国国家冰雪数据中心（NSIDC）海冰密集度产品建立3.125 km和25 km匹配数据集,分析了L波段雷达后向散射系数、极化比和归一化极化差与海冰密集度之间相关性,建立基于人工神经网络的海冰密集度反演算法。为了验证SMAP卫星雷达资料反演海冰密集度的精度,本文选择德国Bremen大学和美国冰雪数据中心发布的海冰密集度产品分别与SMAP海冰密集度产品进行对比分析,SMAP海冰密集度与Bremen海冰密集度的偏差为0.07、均方根误差为0.14;与NSIDC海冰密集度的偏差为0.04、均方根误差为0.18,这表明SMAP海冰密集度产品与现有业务化海冰密集度产品具有很好的一致性。     

保持局域特征的多源海冰图像融合与分类

本文提出一种保持局域特征的多源海冰图像融合方法,并在此基础上进行海冰分类。本文提出的多源海冰图像融合方法包括保持空间局域融合和保持特征局域融合两方面。首先,通过学习得到投影矩阵和相似矩阵。投影矩阵将多源像素进行投影变换,得到保留像素空间局域特性的融合向量。相似矩阵度量像素特征间的相似性,通过拉普拉斯特征分解,得到保留像素特征局域相似性的融合向量。然后,将空间融合向量和特征融合向量进行像素综合,得到融合图像。在此基础上,本文设计一种滑动集成分类方法进行融合图像像素分类。提出的分类方法利用滑动集成的特点,在分类时增强刻画了海冰局域特性。由于本文的保持局域融合框架不仅刻画了海冰在物理空间中的邻接关系,而且考虑不同海冰类型的特征关系,因此其在多源图像（多光谱和合成孔径雷达（SAR）图像）的海冰分类任务中表现优异。实验结果表明本文提出的基于保持局域特征融合的多源海冰图像分类方法有效提升了海冰分类精度。     

2017年夏季北极中央航道海冰观测特征及海冰密集度遥感产品评估

2017年夏季中国第八次北极科学考察期间,"雪龙"号极地考察船首次成功穿越北极中央航道,期间全程开展了海冰要素的人工观测。中央航道走航期间的平均海冰密集度和平均冰厚分别为0.64和1.5 m,海冰密集度时空变化大且以厚当年冰为主,高纬密集冰区的浮冰大小显著高于海冰边缘区。基于"雪龙"号的船基走航观测海冰密集度评估比较了国际上常用的5种常用的微波遥感反演海冰密集度产品,同走航目测海冰密集度点对点的比较,误差最大的为德国不来梅大学AMSR2基于Bootstrap算法的产品,平均误差和均方根误差分别为0.19和0.28;误差最小的为欧洲气象卫星应用组织基于AMSR2数据和OSHD和TUD两种不同算法的产品,平均误差分别为-0.02和0.01,均方根误差均为0.20。从日平均比较来看,AMSR2基于Bootstrap算法的误差最大,平均误差和均方根误差分别为0.15和0.20;AMSR2/OSI SAF（TUD）的误差最小,平均误差和均方根误差分别为0.0和0.11,OSI SAF产品更接近人工观测结果。     

结合纹理特征的SVM海冰分类方法研究

海冰分类是遥感监测领域中的重要应用之一,海冰分类的准确性对于评估海冰冰情、保证航海安全和开辟北极航道具有重要的意义。针对海冰分类问题,本文选用Sentinel-1遥感数据,结合纹理特征分析,提出了一种改进的SAR海冰分类方法。该方法选用灰度共生矩阵提取特征值,通过实验得到适宜用于海冰分类的多特征组合,在此基础上利用支持向量机开展SAR海冰类型的分类研究。实验结果表明,该方法可以实现对海冰SAR图像中一年冰、多年冰和海水3种类型识别,与传统的海冰分类方法神经网络和最大似然法相比较,使用SVM分类方法,结合纹理特征开展海冰类型监测是可行的,同时也表明多特征组合有利于提高SAR图像的分类精度,从而验证了本方法的有效性,为海冰分类提供了一种新思路。     

机载合成孔径雷达的海冰监测分析

严重冰情是重要海洋自然灾害之一,往往造成国计民生的重大损失。本文概要介绍了我国“七五”期间在海冰航空遥感技术研究方面的进展,重点讨论了机载合成孔径雷达(SAR)的全天时、全天候、高分辨率、高信噪比和对云层的穿透能力强等特点,以及使用机载地球资源侧视雷达(ERR)系统,对渤海进行的首次SAR测冰试验结果。所获得的分辨率为3m×3m和成图比例为1:10万的辽东湾海冰相嵌图象,清楚地给出了固定冰带、流冰冰型、流冰密集度、冰块大小、冰脊、冰间水域和流水区外缘线等参量。SAR监测和分析海冰的研究结果具有重要的科学和实用价值。     

海洋环境观测信息分类编码研究

从海洋环境观测信息分类编码对海洋环境观测信息化建设的重要性,以及海洋环境观测信息多渠道、多层次、多时效、多格式的特点出发,结合海洋环境观测数据管理工作现状,研究了海洋环境观测信息的分类与编码的原则和方法,通过对海洋环境观测数据业务链以及应用需求的分析,确定了海洋环境观测信息基本框架和分类对应的类型编码,以期为海洋数据管理的创新与发展提供参考。     

高分辨率全极化合成孔径雷达数据海冰二次分类方法研究

随着高分辨率全极化合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)影像的大量出现, 传统分类方法因所得分类结果中包含斑点噪声, 导致分类精度大大降低, 因而利用基于伴生关系的二次分类方法对辽东湾RADARSAT-2卫星的海冰SAR影像进行分类, 并将所得分类结果与专家解译分类结果和经典的基于H-α分解的Wishart监督分类结果进行对比, 证明本方法可以消除斑点噪声的影响, 同时具有较好的视觉效果和较高的分类精度。     

利用探地雷达(GPR)观测加拿大北极群岛和陆架区海冰厚度空间分布特征

Ground Penetrating Radar(GPR) measurements of sea ice thickness including undeformed ice and ridged ice were carried out in the central north Canadian Archipelago in spring 2010. Results have shown a significant spatial heterogeneity of sea ice thickness across the shelf. The undeformed multi-year fast ice of(2.05±0.09) m thick was investigated southern inshore zone of Borden island located at middle of the observational section,which was the observed maximum thickness in the field work. The less thick sea ice was sampled across a flaw lead with the thicknesses of(1.05±0.11) m for the pack ice and(1.24±0.13) m for the fast ice. At the northernmost spot of the section, the undeformed multi-year pack ice was(1.54±0.22) m thick with a ridged ice of 2.5 to 3 m,comparing to the multi-year fast ice with the thickness of(1.67±0.16) m at the southernmost station in the Prince Gustaf Adolf Sea.     

海冰对北极海冰边缘区大洋光学观测的影响评估

Diffuse attenuation coefficient(DAC) of sea water is an important parameter in ocean thermodynamics and biology, reflecting the absorption capability of sea water in different layers. In the Arctic Ocean, however, sea ice affects the radiance/irradiance measurements of upper ocean, which results in obvious errors in the DAC calculation. To better understand the impacts of sea ice on the ocean optics observations, a series of in situ experiments were carried out in the summer of 2009 in the southern Beaufort Sea. Observational results show that the profiles of spectral diffuse attenuation coefficients of seawater near ice cover within upper surface of 50 m were not contaminated by the sea ice with a solar zenith angle of 55°, relative azimuth angle of 110°≤φ≤115° and horizontal distance between the sensors and ice edge of greater than 25 m. Based on geometric optics theory, the impact of ice cover could be avoided by adjusting the relative solar azimuth angle in a particular distance between the instrument and ice. Under an overcast sky, ice cover being 25 m away from sensors did not affect the profiles of spectral DACs within the upper 50 m either. Moreover, reliable spectral DACs of seawater could be obtained with sensors completely covered by sea ice.     

基于油气平台的海冰雷达监测图像处理及冰速测量

对海冰的运动规律进行精确、连续和长周期的实时监测有助于海冰热力学和动力学的研究,也可保障冰区生产活动的安全进行。针对辽东湾海冰的运动特点和工程需求,在JZ20-2油气平台上建立了海冰雷达监测系统。采用数字图像处理技术对海冰雷达监测图像进行了分析和软件开发,可对海冰密集度、速度和冰块面积等海冰参数进行提取。采用该海冰雷达监测系统和数字图像处理软件,在2011-2012年冬季对该海域的海冰运动规律进行了全冰期的连续监测,在此基础上重点对海冰速度的雷达图像监测结果进行了分析,讨论了海冰速度场分布以及连续48 h的变化过程。以上结果为海冰的生消运移规律研究和油气作业区的海冰管理工作提供了可靠的现场监测数据。对海冰雷达现场监测及数字图像处理中的问题及改进方法进行了讨论。     

近海海面上晴空回波的雷达观测

一、前言 近十几年来世界各地对晴空回波的观测，都有了进一步的分析和解释，虽然，他们所观测的晴空回波出现的空间各有不同，除个别是由于鸟与昆虫散射而来的回波外，基本上都是由于大气折射率的不均匀分布而引起的。我们在青岛近海的紧贴海表面大气中观测到几种晴空回波；它们虽然在表现形式上有所不同，但其来源根据目测和雷达观测的结果来看，证实是同出一辙。在下面就其中一种形式初步地加以分析和介绍。     

基于雷达海冰图像互相关的冰漂流场测量

我国的渤海和黄海北部在每年冬季都出现不同程度的冰情,它直接影响结冰海区的石油平台、船舶以及港口等设施的正常作业,对海冰的观测与预报随着上述海区的开发利用越发显得重要,利用航海雷达连续准确地跟踪海冰漂移运动轨迹,是当今观测、调查、研究冰漂流移动规律的有效方法之一,我国的科研人员利用雷达成像技术对渤海的冰情进行了长期的雷达海冰观测、研究,在由雷达海冰图像对海冰的物理特征的识别、分类以及冰漂流场测量方面取得了一些进展[1-4]。     

基于HY-2B波形特征的北极海冰分类算法

海冰类型识别对进行全球气候研究至关重要,利用高度计进行北极海冰监测是目前研究的热点。本文通过利用2019年12月和2020年3月的HY-2B高度计数据,探索了国产卫星高度计在海冰类型识别中的可用性,提取了HY-2B的波形功率最大值、脉冲峰值(Pulse Peakiness,PP)、前缘宽度(Leading Edge Width,LEW)和后向散射系数(Sigma0)4个波形特征,分析了HY-2B卫星高度计精确识别薄一年冰(Thin First-year ice,TFYI)、一年冰(First-year ice,FYI)、多年冰(Multi-year ice,MYI)、冰间水道(LEAD)和开阔水域(Open Water,OW)的能力。通过与俄罗斯北极和南极研究所(Arctic and Antarctic Research Institute,AARI)冰况图产品和MODIS冰间水道产品对比发现,综合PP、LEW及Sigma0和K最近邻法(K-Nearest Neighbor,KNN),平均最高海冰分类精度可达到91.96%。