利用遥感卫星AMSR-E89 GHz频段的数据反演北极多年冰密集度

发布时间：2020-10-22 10:59

　　 海冰是全球气候系统的重要成分。海冰表面的反照率比开阔海面的要高得多,于是入射的大部分太阳辐射都被海冰反射回去。同时,海冰在海洋和大气之间形成一层薄膜,能够阻碍海气之间的热量和动量交换。海冰的变化能够强烈影响到极地的大气,进而导致全球的气候变化,因此越来越多的人们开始关注海冰的研究。海冰又可分为一年冰和多年冰,两者的总和叫做整体海冰。研究海冰主要有三种途经:现场观测、卫星遥感和模式。卫星遥感是能够对整个地球进行每天观测的惟一方式。而在卫星传感器中,微波辐射计的应用最为广泛,因为它不受可见光的影响,在白天和黑夜都能工作,并且能够穿透云层探测到地面的信息。另外,利用被动微波遥感技术来观测两极地区已经有三十几年的历史。 在这篇论文中,我们利用微波辐射计AMSR-E的89 GHz的高分辨率亮温数据来反演北极的整体海冰和多年冰。大部分海冰反演算法使用AMSR-E低频段的数据,其分辨率甚至不到89 GHz的一半。利用AMSR-E 89 GHz的数据来反演整体海冰已经有成熟的算法,但是对于多年冰的反演现有的研究成果很少。在这篇论文中,对于三个已知表面类型的区域(一年冰、多年冰和开阔海面)分析了AMSR-E 89 GHz的亮温数据,根据这三种表面类型不同的亮温和极化差异特征,提出一种新的算法,并且用这种算法计算了2007年每日北极的整体海冰和多年冰的密集度分布图以及分布面积的时间序列。计算结果显示,2007年北极最大海冰分布面积为1400万km2,最小分布面积为400万km2,与其它研究结果一致。将结果与采用NASA TEAM算法(整体海冰和多年冰)、ASI算法(整体海冰)和Lomax算法(多年冰)得到的结果相比较,发现几种算法得到的整体海冰结果基本一致,ASI算法给出的结果在整年内都比本文提出的新算法和NASA TEAM算法的结果大。平均来讲,在2007年,ASI算法计算的结果比新算法多1.52%的海冰密集度和58万km2的海冰分布面积。而新算法的结果又比NASA TEAM算法的结果多8.78%的密集度和25万km2。另外,这种新算法和NASA TEAM算法的整体海冰结果在冬季较为接近,夏季差异较大,可能的原因是NASA TEAM算法利用低频段的数据而新算法利用对大气影响更为敏感的高频段的数据。对于多年冰,几种算法给出的结果有很大不同。Lomax算法的结果最高,NASA TEAM算法的结果最低,本文新算法的结果处于两者之间。统计上来讲,新算法的结果比NASA TEAM算法的结果多28.27%的密集度和138万km2的海冰分布面积,比Lomax算法的结果少0.09%的密集度和110万km2的分布面积。考虑到NASA TEAM算法已经被提出很多年,并且在这几种算法中经过最多验证,我们把它作为参考,提出本文的新算法比Lomax算法更接近这个参考值。但是,新算法和Lomax算法共同的一个缺点是,计算的多年冰分布面积在冬季大幅增加,尤其是Lomax算法。这是不符合物理实际的。NASA TEAM算法的结果也有增加的趋势,但是少得多。这种现象的出现可能与某些冬季月份亮温的变化有关,而亮温的变化又与表面温度的变化有所关联。 总而言之,本文提出的新算法能够较好地反演整体海冰,但是对多年冰的反演还可以提高,例如将亮温转换为一个对于物理温度不太敏感的变量,以及利用实测资料来校正反演结果。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：P731.15
【部分图文】：

图 1-1 全球热盐环流(http://en.wikipedia.org/)又可分为多年冰（Multi-year Ice）和一年冰（Firstyear I冰的总和叫做整体海冰（Total Ice）。多年冰和一年冰在冰辐射发射率等方面均不同，对于海冰覆盖地区的海气热量交年冰的分布趋势对于气候变化也有一定的指示作用。所以研有很重要的理论价值[5]。同时，一年冰在夏季会融化为海水知道了一年冰的分布范围，那么对于科考队和航海者来说一年冰区进入极地，极大地缩短航行路线和时间，减少投资度的实测资料很少，计算出的多年冰的密集度也可以作为很多入文件。所以，分别研究多年冰和一年冰也有很重要的实际进展

从字面上来看，就是指海水凝结所形成的冰。海冰在相对温暖的海洋和相对寒冷的大气中间形成一个边界层，于是会影响大气和海洋的能量交换。海冰的形成、生长以及融化消失都在海洋中进行。由于海水中含有盐份，所以海冰的形成温度大约为-1.8°。平均来讲，地球表面的海冰面积为 2500 万 km2，占全球海洋面积的 5%-8%[11]，主要集中与两极地区。在北半球，海冰能向南延伸到中国渤海湾（大约 38°N），与赤道的距离比与北极的距离要近大约 700km。但是在南半球，海冰只出现在南极洲周围，向北也只能延伸到 55°S。海水的结冰过程和淡水不同。淡水在温度临近冰点的时候,密度会变小。于是在河流和湖泊，低温低密度的淡水会聚积在表面，形成冰层。而海水由于其中盐份的存在，在温度临近冰点的时候，海水的密度增加并沉降到深层，如图 2-1。海水在其温度达到冰点之前就开始离开海水表面下沉，于是相对于淡水来说，海水结冰要难得多。同时，海水的冰点比淡水要低，约为-1.8℃。由于海洋的深度，要达到冰点很难，其表层的 100m-150m 海水都要被冷却到冰点才能形成海冰。

成大片连续的薄冰叫做尼罗冰(Nilas),尼罗冰由于海流和风的作用而互相叠加，这个过程叫做叠挤（rafting）。随着尼罗冰厚度的增加，其颜色由最初的暗色逐渐变为白色，并形成更加稳定的底面光滑的冰层，叫做冻结冰（congelationice）。如果海表面较为粗糙，冰晶会聚积形成圆盘状，称为饼冰（pancakes），又叫莲叶冰。饼冰由于海洋中波动的作用互相碰撞叠挤，最终互相粘合凝结成更稳定的冰层。如果海冰的碰撞运动足够激烈，便会出现叠挤。如果海冰足够厚，便会弯曲变形或者破裂并且堆积在表面，这叫做隆脊（ridging）。之后饼冰通过接合（cementing，consolidation）在一起形成片冰（sheet ice）。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨莲梅;;NOAA参与国际极地年(IPY)科学活动[J];沙漠与绿洲气象;2007年03期

2 程振波;石学法;吴永华;李小艳;鞠小华;石丰登;程静;;北极地区挪威斯瓦尔巴德群岛及冰川地貌综述[J];海洋科学进展;2008年02期

3 ;“数”说北极[J];今日国土;2008年07期

4 陈洋;;人类社会与北极[J];科学之友;1995年08期

5 张凯;;向北极进军[J];科学大众(中学版);1999年08期

6 文蔚;;冰砌的房子能住吗[J];科学大众(小学版);2003年10期

7 陈立奇,高众勇,杨绪林,詹力杨;北极地区碳循环研究意义和展望[J];极地研究;2004年03期

8 ;国际极地年的背景与发展动态[J];海洋开发与管理;2007年02期

9 李东;;俄北极“插旗”引燃“冰地热战”[J];世界知识;2007年17期

10 ;逐鹿北极,谁是最后的胜利者[J];科技风;2007年09期

相关博士学位论文 前10条

1 康文中;大国博弈下的北极治理与中国权益[D];中共中央党校;2012年

2 孙豫宁;北极治理模式研究[D];外交学院;2012年

3 李丕学;北极径流变化的关键气候因子及其对北冰洋海冰变化影响的研究[D];中国海洋大学;2009年

4 袁林喜;北极新奥尔松和浙江舟山群岛的典型岛屿生态地质学问题研究[D];中国科学技术大学;2010年

5 姜珊;过去3000年南北极典型地区生态环境变化的沉积记录及对比[D];中国科学技术大学;2012年

6 杨凡;北极生态保护法律研究[D];中国海洋大学;2010年

7 武晓果;北太平洋以及北极地区海洋边界层大气持久性有机化合物研究：来源、趋势和过程[D];中国科学技术大学;2011年

8 魏立新;北极海冰变化及其气候效应研究[D];中国海洋大学;2008年

9 朱瑛;北极地区大陆架划界的科学与法律问题研究[D];中国海洋大学;2012年

10 张树刚;海冰密集度反演以及北极中央区海冰和融池变化物理过程研究[D];中国海洋大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 任小娟;当代俄罗斯在北极地区的战略新动向浅析[D];外交学院;2010年

2 朱柱;布什政府美国北极战略研究[D];华东理工大学;2012年

3 王欢欢;利用遥感卫星AMSR-E89 GHz频段的数据反演北极多年冰密集度[D];中国海洋大学;2009年

4 史佳卉;浅析俄加美对北极地区的争夺及中国的北极战略[D];华中师范大学;2012年

5 王小飞;北极污染物[D];中国科学技术大学;2010年

6 苏朋;当代美国北极战略研究（2009-2011）[D];暨南大学;2012年

7 田延华;加拿大北极安全战略研究[D];中国海洋大学;2012年

8 程一轩;北极夏季风对海冰运动贡献的统计分析[D];大连理工大学;2009年

9 温娟;美国北极战略研究[D];外交学院;2011年

10 孔娟;北极问题解决的国际法路径[D];华东师范大学;2012年

本文编号：2851506