首页> 正文

基于改进积雪深度模型的北极海冰厚度反演及应用

2020-12-02阅读(637)

基于改进积雪深度模型的北极海冰厚度反演及应用

论文摘要

在全球气候与环境快速变化的背景下,北极海冰的变化对北极局地及全球的大气、海洋、生态系统有显著的影响。准确获取北极海冰变化信息,是研究极区生态环境、地球气候系统和极端天气事件等一系列重大问题的关键。伴随着北极海冰的持续剧烈变化,加强对北极海冰变化的深入研究变得尤为紧迫。覆盖在海冰表面积雪的热传导率小于海冰一个数量级,使其具有显著的隔热效果,因此,相对海冰较薄的冰表积雪层,能有效阻碍海冰和外界大气的热量交换,对海冰表面与大气间的热通量产生很大影响。此外,海冰表面的积雪深度也是影响海冰厚度卫星测高反演精度的关键参数,积雪深度的估算精度直接影响海冰厚度和体积的估算精度。同时,高精度的海冰厚度卫星测高反演结果,将有利于获得更为准确的海冰厚度变化信息,可为极地相关领域研究提供基础资料与参考,为北极航道开发利用和我国“冰上丝绸之路”的建设提供重要服务与支撑。目前,已有的北极海冰表面积雪深度模型是基于早期观测数据构建的,随着北极海冰的快速变化,多年海冰逐渐向一年海冰转变,现有模型估算的积雪深度的偏差越发显著,不能反映当今北极海冰表面积雪深度情况。同时,当今北极海冰厚度卫星反演时,依然使用年代较久的积雪深度模型反演结果作为积雪深度输入参数,会对海冰厚度估算结果的不确定性产生重要影响,难以为相关领域研究提供高精度的海冰厚度信息。围绕上述问题,本文开展了以下几个方面的研究:（1）多代被动微波亮温数据间的交叉定标研究通过对比Meier和Cavalieri（MC）以及Dai（DA）交叉定标方法,探讨被动微波遥感数据F13-SSM/I与F17-SSMIS的最优定标模型;研究以F13-SSM/I为基准,将F17-SSMIS数据向F13-SSM/I方向定标,与以F17-SSMIS为基准,将F13-SSM/I数据向F17-SSMIS方向定标结果的差异,分析被动微波遥感数据间的定标方向,综合获得长时序统一的亮温数据。（2）基于多源观测数据的海冰表面积雪深度模型重构研究通过建立被动微波亮温数据与机载积雪深度数据（OIB）的回归模型,尝试构建一年冰表面积雪深度反演模型（LPJF）,并将该模型与现有Markus积雪深度模型反演结果进行比较,以获得更为准确的一年海冰表面积雪深度信息。再利用物质平衡浮标观测的积雪深度数据（IMB）,尝试构建多年冰表面积雪深度模型（LPJM）,并与现有W99积雪深度模型估算的结果进行比较,获得更为准确的多年冰积雪深度信息。（3）不同积雪深度输入的海冰厚度反演结果的比较与评估以IMB浮标观测的海冰厚度数据作为验证数据,将LPJF+LPJM积雪深度作为输入参数反演的ICESat和CryoSat-2海冰厚度,与0.5W99+W99和Markus+W99积雪深度作为输入参数反演ICESat和CryoSat-2海冰厚度进行比较评估,同时与NASA-JPL发布的海冰厚度产品以及ESA-AWI发布的海冰厚度产品进行对比分析,获得北极高精度的海冰厚度信息。（4）融入海冰厚度信息的北极航线规划研究与系统开发研究在当前仅考虑海冰密集度信息进行北极船舶航线规划的基础上,通过融入海冰厚度信息,开展考虑多源冰情参数进行北极航道航线规划的方法。同时设计开发一套基于UWP平台、.NET框架以及GIS二次开发平台的北极航道航线规划系统,实现北极航道航线自动规划与适航可视化功能。主要研究结论可概括为:（1）被动微波亮温数据间的交叉定标方面通过比较DA和MC方法的数据交叉定标结果,发现使用MC方法对被动微波19H、19V、22V、37H和37V五个通道亮温数据的校正效果要优于DA方法,对降低多代被动微波亮温数据间的差异效果显著;此外,以F13-SSM/I为基准,将F17-SSMIS数据向F13-SSM/I方向定标结果优于以F17-SSMIS为基准,更有利于实现多代被动微波亮温度数据的延长与统一。（2）北极海冰表面积雪深度模型重构方面采用GRHice（37H,19H）是构建一年冰表面积雪深度模型（LPJF）的最优指标;利用IMB浮标观测数据构建的多年冰表面积雪深度模型（LPJM）优于W99模型估算积雪深度的精度。通过本文重构的北极海冰表面积雪深度模型（LPJF+LPJM）进行海冰表面积雪深度反演,显著提高了北极积雪深度的估算精度。（3）不同积雪深度输入估算海冰厚度的结果比较方面基于LPJF+LPJM积雪深度反演的ICESat和CryoSat-2海冰厚度分别与基于0.5W99+W99以及Markus+W99积雪深度反演的海冰厚度进行比较,发现采用LPJF+LPJM雪深估算的海冰厚度具有较高的精度,同时优于现有NASA-JPL和ESA-AWI发布的海冰厚度产品。（4）北极航道适航最优路径与航线规划系统方面在仅考虑海冰密集度单要素冰情的情况下,规划的航线穿过了海冰密集度值较低的海冰区,而综合考虑海冰密集度和海冰厚度信息求解的航线则穿过了海冰密集度值略高但海冰厚度较薄的冰区,使得规划的航线航程更短。开发实现了具有冰情信息智能获取、航线动态规划、多维冰情信息可视化等功能的北极航道航线规划系统。

论文目录

  • 本论文主要创新点
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 研究背景与意义
  •   1.2 国内外研究进展
  •     1.2.1 海冰表面积雪深度研究进展
  •     1.2.2 海冰厚度卫星测高反演研究进展
  •     1.2.3 路径规划系统研究进展
  •   1.3 研究目标与内容
  •   1.4 论文的章节结构
  • 第二章 研究区域、数据与方法
  •   2.1 研究区概况
  •   2.2 数据源
  •     2.2.1 SSM/I-SSMIS亮温数据
  •     2.2.2 OIB积雪深度与海冰厚度数据
  •     2.2.3 IMB积雪深度与海冰厚度数据
  •     2.2.4 ICESat激光测高数据
  •     2.2.5 CryoSat-2 雷达测高数据
  •   2.3 研究方法
  •     2.3.1 数据预处理
  •     2.3.2 SSM/I-SSMIS亮温数据交叉定标
  •     2.3.3 一年冰表面积雪深度反演
  •     2.3.4 多年冰表面积雪深度反演
  •     2.3.5 海冰厚度卫星测高反演
  •     2.3.6 Dijkstra算法最优路径求解方法
  •   2.4 本章小结
  • 第三章 北极海冰表面积雪深度模型的构建
  •   3.1 SSM/I-SSMIS亮温数据间交叉定标研究
  •     3.1.1 不同交叉定标方案结果的比较
  •     3.1.2 交叉定标对海冰密集度与积雪深度的影响
  •   3.2 一年冰表面积雪深度模型的构建
  •     3.2.1 基于被动微波亮温数据的积雪深度模型的建立
  •     3.2.2 更新的积雪深度模型与Markus模型结果的比较
  •   3.3 多年冰表面积雪深度模型的构建
  •     3.3.1 基于IMB数据的积雪深度模型的建立
  •     3.3.2 IMB积雪深度模型与W99 模型结果的比较
  •   3.4 北极海冰表面积雪深度时空分析
  •     3.4.1 北极海冰表面积雪深度的时间变化
  •     3.4.2 北极海冰表面积雪深度的空间变化
  •   3.5 本章小结
  • 第四章 北极海冰厚度反演、比较与评估
  •   4.1 基于更新积雪深度模型的海冰厚度的反演
  •     4.1.1 ICESat海冰厚度反演结果分析
  •     4.1.2 CryoSat-2 海冰厚度反演结果分析
  •   4.2 与不同积雪深度输入的海冰厚度估算结果的比较与评估
  •     4.2.1 与0.5W99+W99 积雪深度估算的海冰厚度的比较
  •     4.2.2 与Markus+W99 积雪深度估算的海冰厚度的比较
  •   4.3 与现有海冰厚度产品的比较与评估
  •     4.3.1 与NASA-JPL ICESat海冰厚度的比较
  •     4.3.2 与ESA-AWI CryoSat-2 海冰厚度的比较
  •   4.4 本章小结
  • 第五章 北极航道航线规划系统研究
  •   5.1 北极航道适航最优路径搜索
  •     5.1.1 基于海冰密集度与海冰厚度信息的航线路径研究
  •     5.1.2 基于我国北极科考走航作业站点间的最优路径研究
  •   5.2 北极航道航线规划系统设计与开发
  •     5.2.1 系统设计目标与原则
  •     5.2.2 系统的架构设计与构成
  •     5.2.3 系统的航线规划功能
  •     5.2.4 系统的其他功能
  •   5.3 北极航道航线规划系统应用
  •     5.3.1 系统实现的关键技术
  •     5.3.2 系统的潜在应用
  •   5.4 本章小结
  • 第六章 结论与展望
  •   6.1 研究的主要结论
  •   6.2 研究展望
  • 参考文献
  • 攻博期间的科研成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 刘清全

    导师: 庞小平,季青

    关键词: 积雪深度,海冰厚度,航线规划,交叉定标,北极

    来源: 武汉大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 海洋学,海洋学

    单位: 武汉大学

    分类号: P715.6;P731.15

    总页数: 151

    文件大小: 17159K

    下载量: 72

    相关论文文献

    • [1].西天山气象因子对融雪期积雪深度影响通径分析[J]. 气象与环境科学 2017(03)
    • [2].投影寻踪法在建立积雪深度模型上的应用[J]. 水文 2016(05)
    • [3].地基GPS用于阿勒泰积雪深度反演研究[J]. 沙漠与绿洲气象 2019(01)
    • [4].中国地区地面观测积雪深度和遥感雪深资料的对比分析[J]. 冰川冻土 2012(04)
    • [5].东北及邻近地区累积积雪深度的时空变化规律[J]. 气象 2011(05)
    • [6].青藏高原中东部积雪深度时空变化特征及其成因分析[J]. 冰川冻土 2019(05)
    • [7].东北冻土区积雪深度时空变化遥感分析[J]. 冰川冻土 2018(02)
    • [8].不同积雪深度下地面温度与雪面温度的相关[J]. 气象科技 2013(06)
    • [9].北极一年海冰表面积雪深度遥感反演与时序分析[J]. 武汉大学学报(信息科学版) 2018(07)
    • [10].ERA-20C积雪深度资料在呼伦贝尔适用性分析[J]. 北方农业学报 2017(05)
    • [11].基于FY3B-MWRI数据新疆区域积雪深度反演[J]. 遥感技术与应用 2018(06)
    • [12].融雪期积雪深度高光谱反演方法研究[J]. 光谱学与光谱分析 2013(07)
    • [13].呼伦贝尔市冬季气候变化特点分析——以2017年为例[J]. 农业与技术 2018(22)
    • [14].1979～2014年黑龙江省冻土区积雪深度时空变化分析[J]. 哈尔滨师范大学自然科学学报 2017(06)
    • [15].南通地区强降雪和积雪深度预报研究[J]. 中国农学通报 2019(14)
    • [16].BATS-SAST模式对积雪深度的模拟试验与改进[J]. 冰川冻土 2009(05)
    • [17].基于实测光谱分析的HJ-1B数据浅层雪深反演[J]. 光谱学与光谱分析 2011(10)
    • [18].把雪卖到温暖的地方[J]. 人生与伴侣(月末版) 2015(07)
    • [19].基于重轨InSAR的积雪深度反演方法[J]. 冰川冻土 2014(03)
    • [20].基于逐日积雪深度预报的藏北草原雪灾等级评估[J]. 气象科技进展 2016(05)
    • [21].D-InSAR技术的积雪深度反演[J]. 遥感学报 2018(05)
    • [22].鄂西北两次强降雪的滴谱特征和积雪深度预估方法[J]. 气象 2014(05)
    • [23].基于被动微波遥感的积雪深度和雪水当量反演研究进展[J]. 地球科学进展 2018(06)
    • [24].基于多种光谱预处理的融雪期积雪深度定量模型研究[J]. 中国农村水利水电 2016(05)
    • [25].使用树轮资料重建阿勒泰西部年积雪深度≥0cm日数的长期变化[J]. 沙漠与绿洲气象 2010(03)
    • [26].青藏高原积雪深度对延伸期预报技巧的影响[J]. 大气科学 2019(01)
    • [27].乌鲁木齐冬季清雪预报服务研究[J]. 沙漠与绿洲气象 2018(01)
    • [28].风雪中,有你[J]. 人民公安 2013(04)
    • [29].基于红外光反射的雪深检测传感器研究与应用[J]. 电子器件 2018(04)
    • [30].辽宁省设施农业大风和暴雪致灾指标[J]. 江苏农业科学 2013(11)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  

    基于改进积雪深度模型的北极海冰厚度反演及应用
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕论降 版权所有 鄂ICP备12018319号-6