海冰密集度和范围产品在边缘区的精度评估

发布时间：2020-03-25 15:03

【摘要】：海冰是冰冻圈的重要组成部分,它能通过影响海洋和大气的热力和质量交换显著影响全球海洋和大气环境。而海冰边缘区是开阔水域和浮冰的交界区,准确确定海冰边缘区和海冰边界的位置是进行估算南北极海冰范围和面积变化趋势的必要前提。被动微波海冰密集度产品是用来分析长时间序列海冰范围和面积变化的主要数据源,但是存在分辨率较低、不同传感器或者算法获得的密集度精度有差异等问题,因此需要对不同的被动微波海冰密集度产品在海冰边界处的精度进行评估。船航行观测数据、高分辨率光学影像数据和SAR影像数据可以作为精度验证数据。15%密集度是国际公认的从被动微波海冰密集度产品上划分海冰边界的阈值,但关于这个阈值在各个传感器和海冰密集度产品中的有效性和普适性还需要利用高分辨率的匹配影像来提取海冰边界加以验证。本文基于ASPeCt船测规则,从MODIS影像上提取模拟船测海冰边界,将AMSR2的ASI和BST海冰密集度产品确定的边界与模拟船测海冰边界进行比较。之后加入SMOS海冰厚度数据、美国国家冰中心冰情图、Radarsat2影像和OSI-SAF海冰边界产品进行对比分析。本文的研究结果分为以下几个方面:(1)北极和南极模拟船测海冰边界处ASI的平均海冰密集度分别为10.5%和10.3%,BST的平均海冰密集度在北极和南极分别为23.6%和27.3%,并且ASI和BST的平均海冰密集度都是夏季低于冬季。ASI在边缘区低估海冰密集度,BST则会高估海冰密集度。比较了三种海冰边界处海冰厚度的平均值,发现15%ASI海冰边界,15%BST海冰边界和模拟船测海冰边界处的海冰厚度的平均值分别为8.0cm,5.3cm和6.6cm。(2)冰情图会高估海冰密集度,易将海冰边缘区的海水判断成为海冰,高估了海冰的范围。冰情图的海冰边界的范围与ASI海冰边界之间的差异夏季大于冬季,并且在夏季的部分区域相差程度很大(最多达到50km)。(3)OSI-SAF的海冰边界与模拟船测和被动微波产品确定的海冰边界大多数情况下较为接近,一般位于15%ASI海冰密集度边界和15%BST海冰密集度边界之间。但是在稀疏海冰边界处OSI-SAF的海冰边界会低估海冰密集度因此获得的海冰边界靠近海冰一侧。总的来说,相比于模拟船测海冰边界,AMSR2的ASI海冰密集度产品和OSI-SAF海冰边界产品会低估海冰密集度,BST海冰密集度产品会高估海冰密集度,但它们与模拟船测海冰边界都相差不大。而冰情图会过度高估海冰密集度。
【图文】：

员每隔一小时对以船为中心，ｌｋｍ为半径的海域进行观测，记录船只的地理位逡逑置、此处的海冰密集度、海冰厚度、地形特征、浮冰尺寸和三种主要海冰类型逡逑等信息，走航记录表格见图２．１。其中总的海冰密集度为区域内所有类型海冰的逡逑比例，，观测以１０％为间隔记录从０％到１００％的海冰密集度值，其中将南极往南逡逑海冰密集度第一次出现１０％的位置作为海冰边界。逡逑ｉ＞ｏｙ／Ｐ0ｔ0邋（Ｚ）：逡逑＿邋＿＿Ｓｔ＼邋ＩＣ＇ｉ：邋ＯＢＳＩ：Ｒ邋Ｖ邋＼ＴＫＪＮＳ逡逑ｔ邋Ｏｎｅ逦ＰＲＩＭＡＲＹ逦ＳｌＣＯＳｎＡＥＹ逦丁！期从、．逦ＯＷ邋７逡逑■Ｚｔ邋ｄｄ邋ｍＹｔ？邋ｄ＆ｊ邋ｍｍｔ逦＾邋ｔｖ邋？邋ｆ邋飞邋ｓ邋＾２邋ｃ邋ｋ邋ｉ邋＼逦＼逦＜．ｔ邋ｚ逦ｚ邋ｆ逦？邋ｓ？邋逦ｉｉ＼逡逑７）邋Ｔ邋厂邋｜逦ｊ逦｜ｃ逡逑Ｔ邋￣逦＿逦Ｔ逡逑＿￡逦＿￡逡逑５逦ｓ逡逑逦逡逑Ｓ逦Ｅ逡逑图２．１邋ＡＳＰｅＣｔ走航观测记录表格逡逑当使用遥感观测时，海冰边缘与海冰范围的边界重合，它们以遥感观测中１５％逡逑海冰密集度作为划分海冰边界的标准。在卫星技术出现之前，有两种定义海冰逡逑边界的方法。第一种是鲸鱼位置的记录，因为鲸鱼经常聚集在海冰边界附近捕逡逑食。南极的捕鲸人从１９３０年建立起了海冰边界的记录。第二个是从冰芯获得的逡逑浮游植物来源的含硫有机化合物的记录。它的理由在于，浮游植物沿着堆积冰逡逑的边缘生长最旺盛。这些方法除了费力以外

疏海冰边界。逡逑羞邋ｊｉｆｌｌ逡逑图２．２邋１９９６年３月拉布拉多海处紧密的边界逡逑：Ｔ．逡逑■＿ｉｒ＿邋二＾逡逑ｖ－、名－夕＇邋一邋＊？？邋ｒ－逡逑－一，＞一逦＾逦：一、－逦－－－．逡逑Ｗ．邋－邋－＾￣．徶：．一．、－邋Ｖ．逡逑图２．３邋１９８４年６月巴芬湾北部史密斯海峡处浮冰和开阔水域过渡处。逡逑海冰边界通常由几个参数来确定，包括根据多年观察得到的平均位置，边界逡逑的最小、最大范围，边缘的出现频率为５０％的中间位置。当浮冰扩张或消退，逡逑这些参数会随着季节变化而变化。加拿大冰情服务处使用机载和船舶观测在某逡逑些观测区域生成每月海冰边界的定期图表。该图表的精确性受数据来源的准确逡逑性的干扰，即受船舶，飞机或卫星平台上的定位系统的影响，也有可能受船上逡逑的冰分析员的主观判断干扰。海岸警卫队用海冰边界图为航海船只提供航行路逡逑线。美国国家冰中心（ＴｈｅＵＳＮａｔｉｏｎａｌｌｃｅＣｅｎｔｅｒ）也做了针对某些区域提供每日逡逑海冰边界图。逡逑１３逡逑
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P731.15;P714

【参考文献】

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本文编号：2600060