海冰密集度

摘要： 随着全球变暖北极放大效应,北极海冰加速融化。本文利用美国国家冰雪数据中心提供的1979~2019年逐月海冰密集度数据,通过构建表征海冰加速融化的平均海冰密集度和海冰面积指数,系统分析了北极海冰加速融化的年代际变化特征。研究发现,1979~2019年北极海冰密集度和海冰面积均呈现出年代际振荡减小的特征,但年代际转折时间表现为空间不一致性特征,特别是东西半球海冰年代际转折呈现出非同步的变化特征,西半球普遍早于东半球。西半球的格陵兰扇区最早出现海冰的加速融化,四个季节的年代际突变均发生在1997~1998年;东西半球过渡区域的太平洋扇区在2002年前后出现年代际转折,且只显著发生在夏季和秋季;东半球的欧亚扇区海冰面积的年代际突变时间最晚,四个季节均在2004年前后出现年代际转折现象。

摘要： 北极快速升温为北极通航窗口期延长提供了重大机遇,为北极航运和极区科考船只的空间信息提供服务,海冰边缘区浮冰遥感信息产品的可靠性非常关键。对比和分析了9种海冰密集度数据产品,并采用高分雷达数据开展面向海冰边缘区精度评估。结果表明,北极地区的9种海冰密集度产品相对其平均值的最大日偏差出现在夏季6—8月航道窗口期,其中采用被动微波高频算法的ASI产品和综合算法OSI SAF产品的整体平均偏差分别为0.59%和–0.65%。经对比发现各产品空间分布的不一致性主要存在于海冰边缘区。2018年,9种产品海冰范围的逐日最大和最小值之差为2.51×10^(6)~6.26×10^(6)km^(2)。在边缘区采用高分辨率雷达数据开展对比,结果表明在密集压实型海冰边缘,除基于ASI和NT2算法的三种产品外,其余六种产品均呈低密集度区高估、高密集度区低估的特点;基于AMSR2传感器的ASI-AMSR2和OSI SAF-AMSR2产品与雷达观测具有较高相关性,R^(2)分别为0.85和0.82,且均方根误差(RMSE)最小,分别为12.19%和9.70%。在分散型冰边缘,各产品对海冰密集度全面低估,OSI SAF-AMSR2相关性最高,R^(2)为0.78,RMSE最小,为6.19%。分析认为基于AMSR2的OSI SAF-AMSR2产品在现有9种产品中更能表征航道区海冰边缘与低密集区。

摘要： 北极西北航道对北极资源开发与世界贸易格局有重要影响。针对当前西北航道通航适宜性时空变化分析研究中时空分辨率低、时效性差等问题,利用2015—2019年每年9月及2019年8月1日至9月20日的Sentinel-1 SAR数据,基于k均值非监督分类方法反演了十米级高空间分辨率海冰密集度。通过长时序宏观跟踪和短时序精细分析西北航道全线通航窗口,并以70%的海冰密集度作为阈值,测算了西北航道经过重要海湾及海峡累计不可通航的次数。结果表明:西北航道的航情随冰情而变,通航能力尚不稳定。具体来说,西北航道的冰情呈现东轻西重、南轻北重的格局,不可通航节点个数东少西多、南少北多。2018年9月西北航道通航情况最差,高于可通航阈值的海冰覆盖面积占总航道面积的35.24%,共有10个不可通航节点。2016年和2019年9月的通航情况较好,阿蒙森湾—科罗内申湾—毛德皇后湾—维多利亚海峡—富兰克林海峡—皮尔海峡—巴罗海峡—兰开斯特海峡段航道(航道C)可实现全线通航。进一步通过小尺度时间窗口研究发现,西北航道的最佳通航窗口为8月下旬至9月上旬,期间共出现3条全线通航的航道;最佳通航路线为航道C,其连续通航时间长达30天。

摘要： 海冰密集度是海冰的重要参数之一,在冰区导航、海上作业、海冰模式验证和气候模型改进等方面具有重要意义。卫星遥感具有覆盖范围广、重访周期短、成本相对低等优势,已成为获取海冰密集度的主要观测手段。本文从主被动微波遥感和光学遥感的角度,回顾了现阶段海冰密集度卫星遥感反演研究进展情况,包括海冰监测传感器、海冰密集度反演算法和海冰密集度产品等。结果表明,被动微波遥感是目前获取海冰密集度的主要方式,已发展出许多成熟的业务化算法;主动微波遥感数据已成为制作冰情图的主要数据源,海冰密集度反演算法由合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)图像分类向深度学习算法发展;光学遥感海冰密集度算法较为成熟,但受限于云层和夜晚限制,其反演结果多用于其他海冰密集度产品的验证。受传感器硬件限制,3种观测手段各有其长处与不足。为获得高精度、高时空分辨率的海冰密集度数据,开展多源数据融合研究是解决传感器性能瓶颈的有效手段。大数据时代,基于深度学习的海冰密集度卫星遥感反演技术快速发展,需要深度融入海冰密集度卫星遥感领域知识。海冰密集度卫星遥感反演应着力于海冰预报服务,致力于提高我国的海冰预报能力。

摘要： 利用美国冰雪中心(NSIDC)高分辨率海冰密集度等多种数据,定义了北极高密集度冰区(High concentration ice region:HCIR)海冰变化指数,在此基础上研究了1989—2017年HCIR海冰多尺度变化特征及其极端低值事件的可能形成原因.结果表明:北极HCIR海冰密集度具有显著的单峰型季节变化特征,4月密集度最高,9月密集度最低,年较差达17.70％,兼有夏季融冰期短、冬季结冰期长且持续稳定的特点.HCIR海冰存在显著的年际年代际变化,在2007年发生了年代际转折以后,海冰变化指数的年际变化幅度和频次明显加强,且在2016、2012、2007、2011、2008和2010年依次出现海冰密集度极端降低事件;2016年9月初HCIR海冰密集度达到历史最低值,接近50％.对HCIR海冰密集度极端低值事件的统计研究表明,29年间共出现874天(次)极端低值事件,约占总频次的8％;空间上海冰密集度的降低主要出现在沿HCIR边界线一带,存在巴伦支海-喀拉海北缘的斯瓦尔巴群岛-北地群岛和东西伯利亚-波弗特海两个中心区域,该空间分布与气旋式大气环流引起的北冰洋Ekman漂流的辐散分布相一致.这表明HCIR海冰密集度的极端降低与极涡的动力作用有关,同时风场对海冰的动力辐散作用还会引起HCIR开阔水域的扩大,进一步加强海冰反照率的正反馈机制,使得热力和动力作用耦合起来共同影响HCIR海冰的加速融化.

摘要： 利用英国哈德莱中心海冰密集度资料,通过相关、合成等统计方法分析秋季北极海冰变化对长江中下游地区冬季气温的影响,发现拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区的海冰密集度变化可作为预测长江中下游地区冬季气温的前兆信号.当拉普捷夫海以北及东西伯利亚海以东海区海冰密集度偏高时,欧亚中高纬中部地区2m气温经向梯度增大,乌拉尔山地区阻塞偏弱,欧亚中高纬以纬向环流为主,长江中下游冬季气温偏高,反之亦然.

摘要： 基于第六次耦合模式比较计划(CMIP6),使用新一代全球模式BCC-CSM2-MR的历史试验和未来共享社会经济路径(SSPs)数据,依据Hadley中心的海表面温度和海冰密集度数据及NCEP/NCAR I再分析资料,评估了BCC-CSM2-MR模式对北极海冰及北极气候的模拟能力,并对未来变化进行了预估.结果表明:BCC-CSM2-MR模式可以较好再现北极海冰密集度、近地层大气平均温度和海表温度的多年平均空间分布特征.但模式对北极局地大气平均温度模拟存在一定偏差,可能在一定程度上导致相应地区海冰的模拟存在差异.21世纪,北极海冰范围持续减少,9月减少趋势显著,3月减少趋势相对较弱.3月北极大部地区表现为一致的增温,仅在北大西洋局部出现一定程度的降温,9月北极大气增温幅度弱于3月.与地表平均温度不同,3月和9月的北极大部地区海表温度均出现增加,且9月海表温度的增幅大于3月,仅拉布拉多海海温出现下降.

摘要： 海冰融化过程以正反馈的形式影响着海洋的热量吸收,对北极生态环境的变化和经济活动的开展起着重要作用.基于1979-2018年北冰洋逐日海冰密集度数据,本文综合考虑不同海域海冰冰况等因素,对北冰洋边缘海海冰消退起始时间的判别方法进行了改进.通过不同的方案对比分析表明,改进后的方法能够反映不同海域、不同年份冰情的变化;并且可消除一些天气扰动现象的干扰,避免过早地判别消退起始时间.应用本方法分析发现北冰洋各边缘海消退起始时间存在提前的趋势,与融化起始时间的提前趋势较为一致.但是不同海域提前程度存在明显差异,喀拉海和楚科奇海提前消退的趋势最强,达到了9d/(10 a),而东西伯利亚海消退提前趋势最弱,只有4d/(10 a),区域间的差异逐渐增大.海冰消退起始时间存在显著的年际差异,各边缘海的标准差均在15d左右,近10年中消退最早与最晚之间的差值最大可达50 d,出现在波弗特海.

摘要： 为了发展一套全球多源海冰密集度逐日融合资料,以欧洲气象卫星应用组织(EUMETSAT)海洋海冰应用中心(OSI SAF)海冰密集度数据、中国国家卫星气象中心(NSMC)的MWRI和VIRR全球海冰密集度数据、美国国家冰雪数据中心(NSIDC)的NISE海冰密集度数据、美国国家冰中心(NIC)的IMS北半球海冰数据为观测数据源,以ERA-Interim模式数据为背景场,采用以下方案开展融合试验.首先,对各数据源资料进行质量控制;其次,以OSI?SAF海冰密集度数据为基准,采用概率密度函数(PDF)匹配方法订正其他卫星资料的系统误差;然后,根据订正后的误差生成超级观测场;最后,利用STMAS方法将超级观测场和作为背景场的ERA-Interim海冰密集度数据进行融合,生成全球逐日0.25°分辨率海冰密集度融合试验数据.通过与国际广泛使用的OISST、OSTIA海冰密集度数据对比,评估融合试验产品的质量.结果表明:融合方案中的PDF方法通过调整非基准资料的概率密度分布,实现非基准资料和基准资料概率密度分布一致,从而使3种海冰密集度卫星资料系统误差均显著减小;STMAS方法能够将超级观测场和背景场进行有效融合,生成融合试验产品;风云卫星数据的使用提高了融合数据生产的自主可控能力;同时,融合方案考虑了卫星数据源的时效性、获取的稳定性等因素.融合产品与OISST和OSTIA海冰密集度数据的空间分布在南、北极均高度吻合,相关系数均超过0.985,与OISST和OSTIA的偏差分别为?1.170％和0.276％,融合试验产品整体偏差介于两种资料之间,反映了试验产品系统误差较小的良好特性.可见,融合方案能够满足实时业务需要,融合试验产品具有较高的质量.

摘要： 利用经过交叉定标处理后的多源被动微波遥感数据,结合我国"雪龙船"科考船和"永盛轮"商船东北航道航行资料,对北极东北航道夏季的海冰冰情进行分析,探讨东北航道2002～2016年7～10月的适航性.结果表明:多源被动微波遥感数据经过交叉定标处理后,可有效减小其数据间的系统差异,获得一致性更好的长时序卫星观测资料;北极东北航道海冰冰情在逐年减轻,航道适航性愈加良好;航道开通时间窗口集中在8月上旬至10月上旬.北极东北航道中段受海冰影响较大,但海冰影响呈减小趋势,可通航天数不断增加,其中维利基茨基海峡是影响通航的关键区域.北极东北航道夏季海冰冰情与适航性分析可为我国科考船和商船北极安全航行提供参考.

摘要： 海冰作为全球气候系统的重要组成部分,在大气环流、气候变化、海洋环境等方面有着显著影响.密集度是反映海冰物理性质的一个重要参数,论文针对海冰密集度反演存在的误差问题,提出采用NASA-Team算法对相关参数进行重新修正和计算,再采用阈值滤波器和动态滤波器对空气滤波器进行适当改进,联合减小海冰反演误差.利用南极区域的WindSat亮温数据,重新计算了算法中的相关参数,对算法的误差进行了分析,并设计了新的空气滤波器.反演得到以10％为边缘的海冰密集度分布,海冰密集度的边缘误差和气候造成的偶发性误差得到一定减少,与SSMI数据相关系数为0.951,并且与国家冰雪中心资料具有较高的一致性,阐明了基于WindSat亮温数据修正的NT算法用于反演海冰密集度的可行性.

摘要： 北极夏季海冰的快速减少使得北极航道常态化商业航行成为可能,而准确的卫星海冰密集度资料是北极冰区船运活动的重要保障.本文利用中国第五次北极考察在北极东北航道走航观测的海冰密集度资料初步评估了AMSR2和SSMIS两种卫星遥感海冰密集度资料在东北航道的适用性.结果表明:两种资料在北半球夏季80°N以南区域内反演的海冰密集度差异较大,原因可能和海冰表面出现的大量融池相关.两种资料对海冰外缘线的区分基本相同,而分辨率较高的AMSR2数据总体上和走航观测资料符合更好.

摘要： 本发明涉及一种基于ICESat‑2数据的海冰密集度估算方法及系统，方法包括：读取ICESat‑2的ATL10原始数据集，得到海冰数据集；根据海冰数据的采集时间划分不同月份的海冰数据集；对于每个月份的海冰数据集，根据海冰数据的经纬度信息，得到各个海冰数据在极地立体投影网格中的格网信息，得到不同格网的海冰数据集；分别计算极地立体投影网格中各个格网的海冰密集度，得到不同月份各个格网的海冰密集度。与现有技术相比，本发明假定格网的海冰密集度等于沿ICESat‑2测高轨迹的海冰密集度，利用ICESat‑2的ATL10原始数据集进行海冰密集度估计，提供了一种新的海冰密集度估算方法，提升了ICESat‑2数据的利用价值，有利于对极地冰盖变化和海冰密集度等进行监测。

摘要： 本发明涉及一种改进的ASI海冰密集度反演算法，步骤包括：原始数据获取、原始数据预处理、选取海域确定纯水、修正频段的极化差、进而得到本发明提供的海冰密集度公式；本发明所得到的海冰面积低于传统ASI算法结果，高于NASA TEAM算法结果，在边缘海冰区本发明得到的海冰密集度明显低于ASI算法结果，海冰面积减少了15％左右；其中海冰密集度在0.15以上的像元个数本发明比传统ASI算法减少了28.6％左右；因此，在边缘海冰区本发明显著改变了冰水混合像元的海冰密集度的值，并且有效减弱了天气对高频数据的影响。

摘要： 本发明涉及一种从FY‑3 MWRI数据反演北极海冰密集度的方法，步骤包括：获取FY‑3 MWRI一级数据，对数据进行辐射校正、数据拼接、陆地掩膜处理；选取海域确定纯水、纯冰值，拟合海冰密集度，确定海冰密集度的表达式，通过两次滤波处理最终得到海冰密集度结果；本发明的能够将国产FY‑3 MWRI数据应用到ASI算法中，对北极海冰密集度进行反演研究，利用国产FY‑3 MWRI数据反演北极海冰密集度奠定了基础，为北极航道的研究提供技术保障和数据支持，提高了国产卫星遥感数据的高效应用。

摘要： 本发明涉及一种面向IDL语言海冰密集度求算优化算法,读取垂向、水平极化亮温数据进行预处理，计算亮温差。得到海冰密集度初始值。进行物理校正。利用大气滤波对海冰密集度初始值进行去除噪声纯化。利用结构体对陆地掩膜数据做膨胀处理，将扩大后的陆地掩膜对海冰密集度数据做掩膜处理，去除陆地区域及陆地边缘的海冰密集度数值。去除极点附近卫星盲区的海冰密集度数值。去除低纬度卫星盲区的海冰密集度数值；得到精确的海冰密集度数值。本发明进行了物理校正、陆地掩膜膨胀处理和低纬度卫星盲区滤波处理等要素，能准确求算海冰密集度，弥补了原有海冰密集度算法的不足。

摘要： 本发明公开了一种基于近红外波段光学遥感影像海冰密集度反演方法，利用光学遥感影像计算出目标区域的大气顶层反射率；同时，利用近红外波段进行海冰海水识别，将光学遥感影像近红外波段反射率大于0.08判定为海冰，否则判定为海水；然后，对海冰区域进行像元反射率频率累计统计，采用5％区间作为置信区间即5％和95％对应的光学遥感影像的近红外波段反射率分别为纯海水和纯海冰的反射率；最后，利用光学遥感影像近红外波段反射率与像元二分模型相结合提出光学遥感影像海冰密集度反演算法。该方法基于光学遥感影像近红外波段大气顶层反射率和像元二分模型，对海冰密集度进行反演，将海报密集度反演问题简化为波段之间的比值计算。

摘要： 本发明提供一种基于CGAN进行数据校正的高精度ASI海冰密集度反演算法，属于卫星遥感技术领域，包括如下步骤：S1、数据筛选：找到不受云和水汽等外界环境干扰或干扰小的89GHz数据与36GHz数据之间较为稳定的关系，筛选出受干扰大的89GHz数据；S2、数据校正：CGAN的生成网络与判别网络通过对抗训练，利用可靠性高的36GHz数据与不受云和水汽等外界环境干扰或干扰小的89GHz数据之间的稳定关系，对受干扰大的89GHZ数据进行校正；S3、基于校正后的89GHz数据，采用ASI海冰密集度算法反演海冰密集度。本发明通过有效地校正混合像素海冰密集度，可以大大减少大气造成的误差。

摘要： 本发明涉及一种基于ICESat‑2数据的海冰密集度估算方法及系统，方法包括：读取ICESat‑2的ATL10原始数据集，得到海冰数据集；根据海冰数据的采集时间划分不同月份的海冰数据集；对于每个月份的海冰数据集，根据海冰数据的经纬度信息，得到各个海冰数据在极地立体投影网格中的格网信息，得到不同格网的海冰数据集；分别计算极地立体投影网格中各个格网的海冰密集度，得到不同月份各个格网的海冰密集度。与现有技术相比，本发明假定格网的海冰密集度等于沿ICESat‑2测高轨迹的海冰密集度，利用ICESat‑2的ATL10原始数据集进行海冰密集度估计，提供了一种新的海冰密集度估算方法，提升了ICESat‑2数据的利用价值，有利于对极地冰盖变化和海冰密集度等进行监测。

摘要： 本发明公开了一种北极海冰密集度的计算方法，方法包括：经过大气校正处理后进行海冰密集度反演，得到海冰密集度计算结果。本发明能够提高海冰密集度反演精度，为提高和促进国产风云卫星在极地环境监测的应用提供有效的支持和保障，可广泛应用于数据处理技术领域。

摘要： 本发明公开了一种利用89GHz单频多入射角亮温差反演海冰密集度的方法及系统，所述方法包括：通过89GHz的天线，获取待反演区域的多入射角亮温差值；当入射角亮温差值大于晴空下纯水水域的系点值，则待反演区域的海冰密集度为0；当入射角亮温差值介于晴空下纯海冰区域的系点值与纯水水域的系点值之间，则通过纯海水区域和纯海冰区域之间的海冰密集度的三阶多项式，计算该入射角亮温差值对应的海冰密集度；当入射角亮温差值小于晴空下纯海冰区域的系点值，则待反演区域的海冰密集度为1。本发明的方法具有易实现且反演精度高的优点。

摘要： 本发明属于遥感技术领域，公开了一种基于时空系点值的海冰密集度获取方法，包括获取原始条带数据并进行预处理得到日尺度亮温数据；对日尺度亮温数据进行交叉定标得到定标后的日尺度亮温数据；利用ASI算法计算得到初次海冰密集度；给定初次海冰密集度条件、空间位置条件、时间条件，选取计算每日海冰系点值和海水系点值的样本点，将样本点的平均值作为每日新的系点值；基于每日新的系点值，利用ASI算法计算得到二次海冰密集度；利用天气滤波器、最大海冰范围掩膜去除虚假冰，得到日尺度海冰密集度。本发明解决了现有技术中获取的海冰密集度的精度较低的问题。本发明获取的海冰密集度精度高于基于固定系点值获取的海冰密集度。