EOS/MODIS卫星资料在渤海海冰监测中的应用研究

摘要

海冰分布信息是渤海的环境、资源和灾害等研究领域的重要内容之一。渤海是季节性结冰海域，每年冬季都出现海水冻结现象，形成大范围的海冰，对海区冬季的海上运输和工农业生产带来威胁，严重时甚至造成海冰灾害。监测海冰的分布状况和移动方向，对冬季防止和减轻海冰灾害具有重要意义。本文利用EOS/MODIS和极轨气象卫星资料判识海冰的方法，分析影响渤海海冰形成、发展、消融过程的气象条件，建立渤海海冰监测预报服务平台。本文主要研究内容及成果如下： 1、搜集渤海湾海冰发生历史资料，建立了渤海海冰发生、发展、融化过程中气象条件和卫星遥感资料库，为海冰识别系统提供强有力的数据支撑。利用EOS/MODIS 1、2、4、6、31、32通道，计算31与32通道差和NDSI参数，设定各个参数阈值，计算02～04年海冰面积。 2、利用90-99年冬季渤海周边气象站资料进行统计分析，挑选明显降温的个例，将对应500hpa形势场分为六种类型，分别代表冷空气活动的不同路径，通过程序实现天气形势自动识别，满足业务应用需求。选择高空冷暖平流强度、冷空气强度、低空锋区强度、冷空气引起的降温幅度以及偏北风风速等11个预报因子，10个站共建立70个预报方程，经过插值得到海面上气温变化趋势，并据此按照冰情变化的六个等级推断海冰变化趋势。 3、建立亮温变化与气温变化关系，在MODIS监测亮温的基础上，根据未来气温预报结果预测海冰边缘线。并利用MODIS卫星资料获得的海冰初始场，将MM5输出的温度场插值为13km×13km的网格与海冰初始场叠加，可以根据显示温度变化预报出未来几天海冰外缘线的变化。利用气候统计方法，根据各测站出现初、终冰日前的气温变化规律及当年气温变化预测值推断初、终冰日。 4、利用组件式GIS技术，基于ESRI公司的MAP Object组件，采用面向对象的可视化编程软件Visual Basic进行集成开发，对与海冰预报密切相关的基础地理信息图层、天气预报信息、遥感监测信息等资料数据进行综合管理，实现通用地理信息系统功能和专题应用分析功能，实现了对海冰的发生发展趋势进行动态监测和实时预报预测，该系统能够脱离GIS平台独立运行，使用方便，可视化程度高。 目前该系统已作为天津市气象卫星遥感中心的主要业务平台，依托于2004年底建成的DVBS卫星资料接收系统，其产品连续几个冬季通过决策服务中心向领导部门和通过网站向公众提供实时服务；并通过科技服务中心的专业台向渤海石油公司和航运公司提供更精细的服务，取得了较好的服务效果和社会经济效益。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章总论

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.3本论文研究的主要内容

第二章渤海海冰概况

2.1海冰的分布

2.2渤海海冰形成及年变化特征

2.3渤、黄海海冰年际演变特征分析

2.4特殊年份冰情

2.5渤海冰情历史资料库

2.6 小结

第三章EOS-MODIS卫星资料简介

3.1 EOS卫星简介

3.2中分辨率成像光谱仪(MODIS)简介

3.3 HDF文件格式简介

3.4小结

第四章海冰的提取

4.1 MODIS数据中地物参数产品(反射率数据和辐射亮度)的获得

4.2 MODIS数据的影像地理校正

4.3海冰的空间分布特征和提取方法

4.4海冰分布及面积

4.5 MODIS提取海冰结果与AVHRR提取海冰结果的比较

4.6 MODIS监测结果与中巴卫星监测结果的比较

4.7小结

第五章渤海海冰的自动识别系统

5.1渤海海冰自动识别系统中Modis资料的处理

5.2渤海海冰自动识别系统中数据的输出

5.3 小结

第六章渤海海面冰情变化预测

6.1分型

6.2预报因子的选取

6.3建立预报方程

6.4冰情变化预测业务运行程序

6.5 MM5数值天气预报与MODIS资料的有机结合预测海冰

6.6小结

第七章渤海海面初、终冰日预测

7.1气候统计

7.2 小结

第八章海冰预报检验情况

8.1变温预测检验

8.2气温变化预测与海冰变化

8.3终冰日预测

8.4小结

第九章系统的集成及安装运行

9.1系统总体设计

9.2系统主要功能

9.3系统运行环境及安装

9.3.1源文件：(略)

9.3.2运行环境:

9.3.3安装步骤：

9.4 小结

第十章总结与讨论

10.1全文总结

10.2本文的特色与创新点

10.3存在的问题和不足

10.4下一步的改进计划与展望

附录海冰系统说明

一、系统简介

二、系统运行环境及安装

三、系统菜单及工具条功能

参考文献

读研期间发表论文和科研情况

致谢