MODIS海冰数据监测中山站附近海冰的季节性变化

本文利用中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,即MODIS)的海冰数据,监测中山站附近区域海冰的季节性(尤其是夏季)的消融与冻结情况及海冰表面温度的变化。文中先对MODIS的海冰数据进行影像分层、数据合成,分时间段计算海冰范围,然后提取海冰表面温度信息,最后对获取的数据进行分析。研究结果表明,中山站附近区域在每年10月至翌年2月中上旬为海冰消融期;2月中下旬至4月为海冰冻结非密封期;5月至9月为海冰冻结密封期。海冰范围2月份最小;海冰表面温度1月份最低,8月份最高。     

基于多源遥感数据的中山站附近地区冰架和冰川变化监测

南极冰架和冰川的变化是全南极动态变化的主要过程之一。利用MODIS L1B级250 m分辨率数据和Landsat陆地卫星15 m分辨率数据,针对不同尺度试验区域,分别监测2000—2016年间中山站附近地区的埃默里冰架、极时代冰川、极记录冰川和达尔克冰川的动态变化过程,并对试验区的动态变化进行分析。结果表明,埃默里冰架在近16年间一直处于向外扩展状态,前缘年扩展速率和扩展面积量较为稳定;极时代和极记录冰川不断向海洋流动,极时代冰川于2007年发生大型崩解,而极记录冰川前端的冰山在2014年发生崩解,冰山面积逐年递减,于2016年完全漂离冰川前缘;达尔克冰川则在监测年份内呈现出了交替性扩展和崩解的变化规律。     

基于海冰密集度遥感数据的波弗特海海冰时空变化研究

采用美国冰雪数据中心(NSIDC)的日尺度与月尺度海冰密集度数据,将海冰密集度为15%作为阈值确定海冰外缘线位置,提取波弗特海海域的海冰外缘线,计算波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积,然后通过海冰范围与海冰外缘线的年际变化与季节变化来分析波弗特海海冰外缘线退缩的时空变化特征与趋势。实验结果表明,1978—2015年波弗特海的海冰密集度、海冰范围与海冰面积整体变化趋势一致,减少趋势显著。37年来,海冰密集度平均每年减少约0.3%,海冰范围平均每年减少3 235 km2,海冰面积平均每年减少5 084 km2。海冰密集度在1979—1996年无明显减少趋势,1996—2015年减少趋势明显。波弗特海海冰范围一般在9月达到最小值,在11月至次年5月维持在最大值(全冰覆盖状态);海冰面积一般在9月达到最小值,在12月或者1月达到最大值。海冰范围最小值出现时间有延迟的趋势,全冰覆盖状态具有起始时间越来越晚、终止时间越来越早、持续时间越来越短的趋势,平均持续天数为212 d。     

北极海冰薄冰厚度遥感反演模型的船测验证

利用美国科考船Sikuliaq在2015年10月至11月初在北极波弗特海区域获得的512处船测海冰数据,分别对三种不同雪厚参数的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)热力学反演冰厚模型、德国汉堡大学和不莱梅大学发布的SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity mission)海冰厚度产品进行精度验证。结果表明,将船测雪厚作为反演模型中的雪厚参数,得到薄冰厚度与船测薄冰厚度的平均偏差为0.02m,均方根误差为0.12 m,两者均为三种模型中最低而被认为是最优模型。不考虑雪厚的裸冰冰厚模型得到的薄冰厚度与船测薄冰厚度的相关系数为0.72,相关性最高但只适用于冰上无雪盖的情况。以经验雪厚关系推算出的雪厚参数加入反演模型中,得到的冰厚结果在研究验证中精度最不理想。另外,两种SMOS产品与船测冰厚的相关性与均方根误差结果优于MODIS反演结果,且不莱梅大学的SMOS冰厚产品精度更优。因此研究认为现有的MODIS薄冰厚度反演算法的反演精度有待提高,暂不适合作为评定其他薄冰厚度产品精度的标准,只能作为比较数据。     

基于多时相Landsat影像的中亚地区植被覆盖遥感监测

针对中亚地区的强生态脆弱性、高敏感性特征,有必要开展广域、长期的植被覆盖监测以匹配"绿色丝绸之路"的可持续发展目标。鉴于此,联合Landsat 5和Landsat 8卫星数据集,利用Google Earth Engine(GEE)地理空间数据云计算平台,估算了中亚地区1993—2018年间共12期的植被覆盖度。结果表明:(1)中亚地区植被覆盖总体水平较低,但也具有较为显著的空间异质性。(2)中亚地区1993—2018年间多数区域植被覆盖趋势较为稳定,哈萨克斯坦丘陵、费尔干纳盆地等区域植被覆盖度呈增加趋势,乌拉尔河流域和锡尔河流域等区域植被覆盖趋势为负。(3)植被覆盖度时序特征上,中亚地区1993—2018年间总体植被覆盖度累积增加3%,其中吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦植被覆盖分别增加3.96%和5.86%。(4)裸土区呈退缩趋势,面积总计减少25.9×104km2,低植被覆盖区、中植被覆盖区和高植被覆盖区范围在呈现出的振荡式增加。研究结合遥感大数据和地理云计算对中亚地区进行区域尺度的植被覆盖动态监测,能对中亚地区生态评估和演替分析提供技术支持和定量数据。     

南极中山站地区冬季低温及增暖天气的变化特点

利用2003年在南极中山站考察期间所获取的气象观测资料和气象传真图对中山站地区冬季的低温及增暖天气进行了天气学分析,揭示了这两种天气的风场、温湿场以及天气现象的不同特点和相应的天气形势,为提高极区冬季气温预报水平提供了新的依据。     

三种海冰密集度产品的北极海冰监测能力比较分析

选取国家海洋卫星应用中心提供的海洋二号B星扫描辐射计数据采用NASA TEAM算法反演的海冰密集度产品(简称HY2数据集),中国海洋大学提供的风云三号D星微波成像仪采用DT-ASI算法得到的海冰密集度产品(简称OUC数据集),以及美国冰雪中心提供的海冰密集度产品(简称NSIDC数据集)三种数据源对北极海冰监测能力进行比较分析。通过与德国不莱梅大学发布的海冰密集度数据产品(简称BRM数据集)和MODIS数据提取的海冰信息的比较发现:在低纬度区域(≤70°N),HY2与BRM数据集最为接近;在中纬度区域(70°N—80°N),OUC与BRM数据集的数据吻合程度最高;在高纬度区域(80°N—87°N),NSIDC数据集与BRM数据集最接近。在北极东北航道区域, HY2数据集适用于通航窗口期第一和第四航段内的海冰监测; NSIDC数据集适用于东西伯利亚海域以及临近窗口期时段的海冰监测;而OUC数据集则适用于北极东北航道大部分航段的海冰监测需求。     

基于遥感数据的北极西北航道海冰变化以及通航情况研究

使用不莱梅大学AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS)和AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2)日尺度海冰密集度数据,计算了2002—2018年加拿大北极群岛7—9月的平均海冰面积,研究了9月份平均海冰密集度变化特征;结合商船破冰能力确定海冰密集度阈值,选取西北航道关键区域,统计了西北航道的通航窗口,探讨了西北航道在实际商业通航方面的可能性。研究发现,在过去17年加拿大北极群岛的7—9月海冰面积整体呈下降趋势但有明显波动性, 9月份的海冰分布年际变化复杂,差异较大;在西北航道可通航的年份中,可通航的开始日期一般在8月份,结束日期在9月底至10月初,南路可通航时间最短14天,最长达到80天。总的来说,西北航道可通航年份和时间缺乏规律性。     

北极海冰密集度遥感数据产品对比及航道关键区验证研究

为分析并评价海冰边缘区海冰密集度数据产品,选取北冰洋区域8种公开发布的产品,基于平均偏差和标准差(Standard Deviation, SD)展开分析,结果表明:Bremen/ASI(ARCTIC Sea Ice)、Bremen/BT (Bootstrap)、NSIDC(National Snow and Ice Data Center)/BT和NSIDC/CDR(Climate Data Record)四种数据全年平均偏差整体高于平均值,在夏季偏差高于冬季; Hamburger/ASI全年平均偏差低于平均值,冬春季偏差为负,夏季梢高于均值; NSIDC/NT(NASA Team)、NOAA OI SIC(National Oceanic and Atmospheric Administration Optimum Interpolation Sea Ice Concentration)和OSISAF(The Ocean and Sea Ice Satellite Application Facility)三种数据全年平均偏差为负,夏季负向增加;夏季和秋季标准差较大区域主要分布在东北航道薄冰区,东西伯利亚、拉普捷夫海和喀拉海区域标准差变化较大,从3%增加到10%～15%。围绕航道区,以MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)影像作为参考,对8种数据的对比评估结果表明:在25km空间分辨率下,Bremen发布的两种数据相关性较高,均为0.80;NOAAOISIC数据相关性最低,为0.63; Bremen/BT平均偏差较小,为7.11%;基于ASI算法的Bremen/ASI数据和Hamburger/ASI数据平均偏差较大,分别为14.38%和14.99%,且在夏季和秋季偏差波动较大,对应标准差分别为12.16%和11.01%。该项研究对于提升遥感数据产品在海冰边缘或航道区的应用及进一步的算法研发具有指导意义。     

基于MODIS数据的华北地区遥感干旱监测研究

选择4种遥感干旱监测模型,与土壤相对湿度（RSM）和自校准帕默尔干旱指数（sc-PDSI）进行相关性分析,并探讨了研究区生长季干旱的时空变化特征。结果表明：作物缺水指数（CWSI）和植被供水指数（VSWI）更适合监测华北地区的土壤水分,在草原区和农区CWSI干旱监测较好,在森林区和荒漠区VSWI干旱监测效果较好;研究区干旱化趋势有所减缓,且2007—2011年为干旱到湿润的转折区间;干旱空间分布呈北部大于南部、西部大于东部的变化趋势,阿拉善高原的干旱最严重,而大兴安岭山脉基本无干旱发生;干旱整体上向好的趋势发展,尤其是鄂尔多斯南部、山西省、燕山山脉和华北地区-东北地区交界处的农区,且易旱区重心有向西移动的趋势,该成果可以为区域农业干旱监测提供一定的参考。     

基于遥感影像的北极海冰厚度和密集度分析方法

基于2003年7月至9月中国第二次北极科学考察所获取的大量海冰影像资料,完成了走航期间74.11°N-79.56°N,144.17°W-169.95°W范围内海冰厚度和密集度的提取。本文总结了从船侧录像中提取冰/雪厚度以及从航拍图像中提取冰密集度的方法,并描述了提高所取参数可靠性应采取的分析技术和现场调查的处理措施。本文方法具有一定的普适性,可以应用到渤海海冰和极地海冰的研究中。     

南极中山站及毗邻地区湖泊与冰雪CODMn研究

在 CHINARE- 1 5考察期间对中山站及毗邻地区的湖泊和冰雪进行了采样。它们的CODMn指数与中国《地面水环境质量标准》相比 ,可分为三类 :一类水质所占比重最大 ,大约为56% ,二类和三类分别为 37%、7%。各类水体的 CODMn指数主要为自然源所贡献 ,人为污染不明显。湖水的 CODMn指数是生物生长状况、有机质含量、盐度和水体氧化还原程度的综合体现 ,新鲜降雪样的 CODMn指数指示了该地区的大气洁净度。     

南极中山站地区冰崩概况

本文是根据１９９４年在南极中山站首次使用数字触发地震仪测量的冰崩，研究南极中山站地区冰崩规律及其与自然环境（温度、风速等）的关系，这对于考察船在南极的安全航行以及科考人员的人身安全都有极为重要的意义；并且对于南极冰川、冰山、冰盖等方面的科学研究有参考价值。结果表明，１～９月份冰崩次数曲线呈口朝上抛物线型变化，１０～１２月冰崩次数急剧增加。冰崩曲线与月最低气温、最高气温、月平均气温三者的拟合曲线吻合得很好，即冰崩次数随气温持续上升而增加，风速与冰崩的关系却与此相反     

东南极中山站附近湖冰与固定冰热力学过程比较

2006年对东南极中山站附近湖冰和固定冰的热力学过程进行了系统观测.基于观测数据比较湖冰和固定冰热力学生消过程;分析湖冰和固定冰温度对气温变化的响应规律;计算不同深度层湖冰和固定冰的垂向热传导通量.结果表明:观测的湖泊和海岸区均在2月底至3月初形成连续冰层;湖冰9月底至10月初达到最大冰厚,早于固定冰1-2个月,湖冰最...     

南极中山站近岸海冰生态学研究 Ⅳ.海冰营养盐浓度的季节变化及其与生物量的关系

对１９９２年４月至１２月间中山站近岸海冰营养盐状况以及与生物量的关系进行了分析。为了能与海水中的营养盐进行对比,对海冰融化样的营养盐数据进行了同期冰下海水表层盐度的校正。结果显示,海冰中多数层次的硝酸盐浓度低于冰下表层海水的浓度,而磷酸盐和硅酸盐浓度则正好相反,亚硝酸盐浓度在观测期间均高于冰下表层海水的浓度。海冰营养盐浓度无明显的变化规律,呈现较大的波动,它可以是冰下表层海水的数分之一直至高出一个数量级,除显著的冰底水华期外并不构成冰藻生长的限制因素。海冰营养盐的分布与叶绿素ａ含量无明显的相关性。     

南极中山站近岸海域生态环境监测与研究

1998年 1 2月 1 1日至 1 999年 1月 1 3日在中山站近岸海域进行了一次较为全面的生态环境监测 ,监测内容包括∶ p H、T、盐度 (电导率 )、浊度、DO、COD、营养盐 (NO3 - N、NO2 - N、NH4 -N和 PO4 - P)和叶绿素 ,部分监测站位海水样品分层采集 ;其间还进行两次中山站区排污口生活污水连续 2 4小时监测。结果表明 ,冰缝间以及海冰底层下 1 m内的海水为各种环境理化因子的急剧变化层 ,大于冰底 1 m深的海水中的各要素变化梯度趋于平稳 ,营养盐垂直分布具有一定规律。p H和 DO为一类海水水质 ,无机氮属一、二类水质 ,无机磷属超三类水质 ,表层海水中叶绿素 a的平均值为 0 .6 71 mg/m3。中山站排放的生活污水中 COD、p H和悬浮物均符合我国的废污水排放标准 ,仅无机磷超一级排放标准。文中还探讨了在中山站近岸海域开展生态环境监测的监测方法     

2012年南极长城站气象和海冰特征分析

基于中国第28次南极科学考察长城站越冬期间获取的常规气象和海冰观测资料,结合统计的1985—2010年气候值,对比分析了长城站2012年的气象及海冰特征。气象分析表明,该年平均气压和气温偏低,N—W风向频率显著偏低,E—SE风向频率显著偏高;雾日偏少,降雪量、吹雪及雪暴显著偏多;针对观测期间某些月份比较明显的气象要素和天气现象异常,从大气环流角度进行了分析解释。海冰观测表明,长城湾冰情变化受大气动力作用影响大,冰情稳定性差,外围海域海冰极不稳定,2012年4月至2012年11月冰情几经进退,先后交替出现3个完全冰冻和3个部分冰冻期。     

2014年初雪龙船在南极被海冰围困期间海洋气象环境分析

2014年初雪龙船为救援俄罗斯"绍卡利斯基院士"号船,在南极联邦湾被海冰围困,及时掌握雪龙船周边的冰情变化,以及给出准确的天气形势判断和预报,是此次雪龙船顺利脱困的关键。通过对雪龙船被困期间的海冰、气象和海洋环境状况综合分析发现,造成雪龙船被困的主要因素,一是由于雪龙船被困区域靠近大陆架,冰山较多,多年冰和当年冰夹杂在一起,海冰类型较为复杂;二是由于受连续多个气旋影响,在雪龙船受困海域,偏东大风持续时间长,风力大,导致海冰自东向西堆积,致使雪龙船被困。     

极地记录冰川和达尔克冰川流速的遥感监测研究

测定南极冰川的流速 ,对于研究南极冰雪物质平衡、南极环境变化及其对全球环境的影响有重大意义。本文论述了利用多时相卫星遥感影像监测冰川变化的原理和方法 ,通过对英格里特 .克里斯泰森海岸不同时期的遥感影像进行几何纠正和配准及叠加处理 ,测量和计算出极地记录冰川和达尔克冰川的平均流速 ,并对它们的变化特点进行了初步的分析和评价。