MODIS数据在海冰遥感中的应用

MODIS数据作为中国可见光遥感的重要数据源之一,目前已经在许多领域获得了重要应用.国家卫星海洋应用中心从2000年开始接收处理MODIS数据,并同时为海冰预报提供海冰遥感图像服务.本文利用MODIS卫星遥感的原始数据,通过对数据进行地理定位、辐射定标等处理,形成MODIS数据的一级产品,并利用海冰实验的实测数据和海冰光谱分析,对一级产品进行定量化处理,获得了海冰厚度、密集度和外缘线等海冰数值产品,逐步应用于海冰的预报服务.     

遥感技术在我国海冰研究方面的进展

本文首先对遥感技术在我国海冰研究中的发展情况作了详细地论述,并介绍了几种常用于海冰研究的遥感数据;其次,从海冰厚度识别、海冰运动速度矢量计算、海冰资源量测算以及海冰灾害监测等四个方面,简单论述了遥感技术在海冰研究中的应用。最后,以渤海海冰为例,阐述了遥感技术的具体应用,同时指出了今后的发展方向。     

MODIS渤海海冰遥感资料反演

鉴于渤海海冰监测和预报对海冰卫星遥感数字化产品的迫切需求,本文利用MODIS的1B级数据进行渤海海冰参数反演,提供海冰遥感图像和海冰密集度、冰厚数值产品,作为渤海海冰监测和海冰数值预报初始场的重要信息来源,以及海冰预报质量检验的参考依据之一。反演结果表明,其各通道对海冰性质有很好的反映,资料信号比较稳定,对不同密集度和厚度的冰有较好的区分,相对NOAA/AVHRR和HY-1A资料有更好的实际应用价值;Terra/MODIS和HY-1A/COCTS海冰遥感反演结果对比也为HY-1A系列卫星海冰遥感的改进和提高提供有益的启示。     

基于MODIS数据的渤海海冰遥感探测系统的设计

为了满足渤海海冰预报业务化的需求,针对渤海海冰和MODIS数据的特点,结合MO-DIS-TERRA数据,编程实现了基于MODIS数据的渤海海冰遥感探测系统.系统以IDL和VisualC++作为开发语言,为海冰信息提取提供了一个统一的平台,实现了海冰面积、海冰外缘线、海冰厚度和海冰密集度信息提取,并以专题图和数值的形式输...     

基于MODIS热红外数据的渤海海冰厚度反演

Level ice thickness distribution pattern in the Bohai Sea in the winter of 2009–2010 was investigated in this paper using MODIS night-time thermal infrared imagery.The cloud cover in the imagery was masked out manually.Level ice thickness was calculated using MODIS ice surface temperature and an ice surface heat balance equation.Weather forcing data was from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF) analyses.The retrieved ice thickness agreed reasonable well with in situ observations from two off-shore oil platforms.The overall bias and the root mean square error of the MODIS ice thickness are –1.4 cm and 3.9 cm,respectively.The MODIS results under cold conditions(air temperature –10°C) also agree with the estimated ice growth from Lebedev and Zubov models.The MODIS ice thickness is sensitive to the changes of the sea ice and air temperature,in particular when the sea ice is relatively thin.It is less sensitive to the wind speed.Our method is feasible for the Bohai Sea operational ice thickness analyses during cold freezing seasons.     

基于高光谱遥感的渤海海冰厚度半经验模型

Sea ice thickness is one of the most important input parameters for the prevention and mitigation of sea ice disasters and the prediction of local sea environments and climates. Estimating the sea ice thickness is currently the most important issue in the study of sea ice remote sensing. With the Bohai Sea as the study area, a semiempirical model of the sea ice thickness(SEMSIT) that can be used to estimate the thickness of first-year ice based on existing water depth estimation models and hyperspectral remote sensing data according to an optical radiative transfer process in sea ice is proposed. In the model, the absorption and scattering properties of sea ice in different bands(spectral dimension information) are utilized. An integrated attenuation coefficient at the pixel level is estimated using the height of the reflectance peak at 1 088 nm. In addition, the surface reflectance of sea ice at the pixel level is estimated using the 1 550–1 750 nm band reflectance. The model is used to estimate the sea ice thickness with Hyperion images. The first validation results suggest that the proposed model and parameterization scheme can effectively reduce the estimation error associated with the sea ice thickness that is caused by temporal and spatial heterogeneities in the integrated attenuation coefficient and sea ice surface. A practical semi-empirical model and parameterization scheme that may be feasible for the sea ice thickness estimation using hyperspectral remote sensing data are potentially provided.     

卫星遥感海冰监测系统在渤海海冰监测中的应用

海冰是渤海冬季常见的一种海洋灾害,对渤海海冰的监测是海洋防灾减灾的重要一环.本文初步分析了卫星遥感监测渤海海冰的能力,介绍了一种结合多遥感卫星数据源的海冰监测系统的搭建方法,该系统实现了从数据输入、预处理直至海冰信息提取、成果输出全过程的处理功能.最后介绍了该系统建成后在2010-2011年冬季渤海海冰监测中的应用情况...     

渤海AVHRR多通道海冰密集度反演算法试验研究

为了得到更精确的渤海海冰密集度反演参数,采用辽东湾不同类型海冰ASD实测数据,在分析光谱特征的基础上,针对NOAA/AVHRR数据确定出合适海冰密集度反演算法阈值。继而,基于线性光谱混合模型的多通道反演算法进行了一系列算法试验。同时实现了基于LandSat5-TM数据的渤海海冰密集度场反演,并利用该结果与AVHRR单通道和多通道算法得到的海冰密集度反演结果进行比对分析。定量误差分析结果表明,当单通道算法或组合算法中包含1通道时,与Landsat5-TM反演结果的平均误差为正值,包含2通道且不包含1通道时,平均误差为负值;同时使用这两个通道较只包含其一的各种组合算法的平均误差明显偏小;在各种组合算法中,1245四个通道组合反演的海冰密集度结果误差最小,可应用于渤海AVHRR数据海冰密集度反演。     

渤海海冰卫星遥感监测业务系统

本文介绍了我们在微机图象处理系统上开发的海冰卫星遥感监测业务系统以及海冰多数提取的方法。核系统的功能包括卫星数字信号的实时采集、预处理、图象处理、定量数值处理以及形成多种形式的海冰遥感产品。三年来系统运行正常,获得了系统的海冰遥感资料,在海冰业务预报和数值预报试验中发挥了作用。     

基于20年卫星遥感资料的黄海、渤海海雾分布季节特征分析

目前对海上雾分布的认识多基于沿岸测站和海上船舶、浮标观测,但这些数据非常稀少,且存在代表性和数据质量方面的问题,因此一直缺乏对海雾分布更全面、清晰的了解。卫星遥感数据空间均一、覆盖范围广、质量一致,具有对无云条件下大范围、离岸海雾监测的优势。本文通过分析算法检测出的1989-2008年黄渤海海雾及云的频数、分布百分率信息,得到了黄渤海海雾季节变化的较全面特征。除印证其他资料或研究的结论外,还发现:(1)黄海海雾频数随季节变化的幅度较渤海明显;(2)黄海、渤海海域存在冬季海雾多发时段;(3)海雾生消过程中有覆盖区变化的东传特征;(4)春夏雾季中存在黄海中部和西朝鲜湾两处海雾多发区,其中西朝鲜湾也是全年海雾最多的海域。另外,在样本充足的情况下,通过对检测出的低云、中高云覆盖百分率和海雾频数的分析统计,还能估算出黄海、渤海部分季节20年海雾发生的平均概率。     

The estimate of sea ice resources quantity in the Bohai Sea based on NOAA/AVHRR data

The research on sea ice resources is the academic base of sea ice exploitation in the Bohai Sea. According to the ice-water spectrum differences and the correlation between ice thickness and albedo, this paper comes up with a sea ice thickness inversion model based on the NOAA/AVHRR data. And then a sea ice resources quantity (SIQ) time series of Bohai Sea is established from 1987 to 2009. The results indicate that the average error of inversion sea ice thickness is below 30%. The maximum sea ice resources quantity is about 6 × 10 9 m 3 and the minimum is 1.3 × 10 9 m 3 . And a preliminary analysis has been made on the errors of the estimate of sea ice resources quantity (SIQ).     

基于TRMM卫星资料的渤海降水遥感估算研究

降水是全球能量平衡和水分循环中的关键要素,但海洋区域实时、准确的降水观测资料难以获取,因此,遥感卫星资料在海洋降水及全球能量和水分循环研究领域具有十分重要的应用前景。本文基于1998~2012年6个气象站点(岛屿或海岸带)的实测降水资料,评估TRMM(Tropical Rainfall Measuring Mission)V7版本3B42、3B43两个降水产品对渤海降水量的估算精度,在此基础上,分析并揭示渤海区域年、季和月降水量的时空特征。结果表明:在日尺度,3B42产品对渤海降水量的估算效果总体较差,而在月、年尺度,3B42、3B43产品与实测降水量比较接近,而且,3B43产品的估算精度稍高;总体上,TRMM表现出低估降水的特点,且当实测月降水量大于300 mm时,这种特征尤为显著;1998~2012年,渤海年降水量表现出明显的年际丰枯变化特征,多年均值为631.6 mm;夏季降水量占年降水总量的62.0%,7月是降水量最丰富的月份;空间上,渤海中南部降水量相对较高,而近岸区域降水量相对较低;受大气环流等因素的影响,夏季降水量重心向西北方向偏移,冬季则向东南方向偏移。     

大气散射对采用归一化植被指数进行赤潮遥感监测的影响研究

1　引言近年来赤潮灾害在我国海域频繁发生,对沿海环境、经济和人民生产生活都造成一定的影响,因此对赤潮进行实时监测并业务化运行就显得尤其重要.赤潮遥感监测是目前常用手段之一,在实践中取得了一定的效果,但到目前为止还没有一种成熟的算法能用于业务化监测赤潮的发生.很多研究人员借鉴归一化植被指数(NDVI)阈值法、海表温度(SST)异常等来判断赤潮的发生,但归一化植被指数阈值法经常会出现误判或无法区分正常与异常水体的情况.该阈值范围由先验知识得到,没有定量的理论依据.归一化植被指数是陆地遥感中用以表征地表植物覆盖程度和健…     

渤海海域MoDIS波段衰减深度研究

衰减深度是传感器检测到的水体信息的90%的深度,衰减深度越大,传感器检测到的水体信息越多,提取水体信息的精确度越高,同时从衰减深度还可了解传感器获取的水体信息到底来自水下多深的水层。以MODIS数据为数据源,对渤海海域衰减深度进行计算,分析了某一时间渤海海域衰减深度波谱变化和某一波段渤海海域衰减深度季节变化。衰减深度波谱曲线为单峰曲线,不同区域的衰减深度波谱曲线的相似和差异情况与前人根据渤海海域悬浮泥沙含量和光谱情况进行分区的情况较一致,衰减深度最大值具有红移现象(不同区域衰减深度最大值的情况是:渤海西北海岸外区域和渤海海峡区域在波段531nm,渤海中部区域在波段551nm,现黄河口影响区域、老黄河口影响区域、辽东湾西侧区域、辽东湾东侧区域在波段555nm),衰减深度波谱佐证了渤海海域为二类水体;衰减深度在夏季最大,在秋季次之,在春季和冬季在不同区域大小顺序有所不同。不同区域衰减深度由小到大顺序是现黄河口影响区域和辽东湾东侧区域、辽东湾西侧区域、老黄河口影响区域、渤海西北海岸外区域和渤海中部区域、渤海海峡区域(除去412和645nm),其中现黄河口影响区域与辽东湾东侧区域和渤海中部区域与渤海西北海岸外区域的衰减深度的大小顺序在不同季节和不同波段有差异。     

基于多源遥感数据的日本海内波特征研究

日本海特殊的地理位置和复杂的地形使得该海域内波表征极为复杂,遥感是大范围观测内波的有效手段,已被广泛应用于内波的探测研究。本文利用MODIS、GF-1和ENVISAT ASAR遥感影像,开展了日本海内波特征研究。通过提取内波波峰线,生成了日本海内波空间分布图;获取了内波的波峰线长度和传播速度,并基于非线性薛定谔方程反演了内波振幅。研究结果表明,日本海内波分布范围宽广,不仅大陆架沿海区内波分布密集,深海盆地也探测到了大量内波;日本海北部45°N附近海域有少量内波出现,利用高分影像探测到朝鲜陆架浅海区有大量小尺度内波,大和海盆、大和隆起的西南部海域没有发现内波。日本海内波波峰线长达100多千米,深海区的传播速度大于1 m/s;浅海区内波振幅约10 m左右,深海区可达60 m以上。     

基于MODIS数据的渤海海冰厚度反演算法优化

海冰厚度是监测与研究渤海海冰的重要参数。为了获取更加可靠的渤海海冰厚度数据,本研究基于MODIS数据对海冰厚度反演中的冰水分离环节和冰厚计算方法都进行了改进。对于冰水分离环节,本文在Canny边缘检测算子提取海冰基础上,加入了二值化处理、阈值判别等步骤,实现了较高精度的渤海海冰范围自动化提取。通过试验确定了海冰厚度与反照率指数关系模型中的参数,包括海冰衰减系数和海水反照率参数,使其更加符合渤海海区的物理特征。将改进后算法的海冰厚度反演结果与渤海海上石油平台实测数据进行比较,并分析了误差来源。结果表明,经过对算法的改进,海冰厚度与反照率指数关系模型的反演结果与实测数据之间的平均绝对误差由7.05 cm缩小到2.74 cm,相关系数由0.434提高到0.485。