利用遥感卫星AMSR-E89 GHz频段的数据反演北极多年冰密集度

摘要

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-E89 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-E89 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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究意义

1.2目前进展

1.3论文内容概要

2海冰的基本情况

2.1海冰的形成及分类

2.2海冰的观测手段

2.2.1实测数据

2.2.2遥感数据

2.2.3模式数据

3 AMSR-E介绍

3.1亮温和极化

3.2 AMSR-E

4反演海冰的几种算法

4.1 NASA TEAM算法

4.2 Bootstrap算法

4.3 ASI算法

4.4 Lomax算法

4.5天气滤波器

5本文算法

6结果

6.1本文结果在三个选择海域上的验证

6.2本文算法结果

6.3本文算法与NASA TEAM算法的结果比较

6.4与Lomax算法的结果比较

6.5 2007年三月及九月的海冰图

6.5.1整体海冰

6.5.2多年冰

7结论

附录

参考文献

致谢

个人简历、发表的学术论文