基于Radarsat-2 SAR图像分类与HY-2微波辐射计反演获取北极海冰密集度的比较研究

在北极东北航道东西伯利亚海和楚科奇海交汇的关键区域,利用四景2012年北极夏季Radarsat-2 SAR海冰图像,通过图像分类提取了海冰密集度;同时采用NASA TEAM算法,基于海洋二号(HY-2)卫星扫描微波辐射计亮温数据反演了对应区域的海冰密集度;并引入美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的SSMIS海冰密集度产品进行了对比研究。通过不同来源海冰密集度数据的分析发现HY-2、SAR和SSMIS的结果在4个研究区域上的分布趋势基本吻合;但在海冰边缘区,由SAR图像分类得到的海冰密集度高于HY-2和SSMIS的反演结果,说明了高分辨率的SAR图像在监测边缘区小尺寸浮冰上有优势。三种数据中,原始分辨率相同(25 km)的HY-2与SSMIS的结果最为相近,而HY-2同SAR的相关性与SAR同SSMIS的相关性一致。在冰边缘,HY-2的反演值偏低于SAR和SSMIS的结果,这是受该处较高水汽含量影响的结果,也是未来发展HY-2微波辐射计反演算法需要重点改进的地方。     

2017 - 2018年冬季乌梁素海湖冰表面裂缝形态分析

在2017 - 2018年冬季使用无人机对乌梁素海湖冰的冰面裂缝进行了航拍, 采用改进的自适应阈值分割方法进行图像二值化处理, 提取了冰裂缝的密度和分形维数。分析结果显示： 在固定区域的冰裂缝分形维数在1.35 ~ 1.50间变化, 冰裂缝数量随时间增加, 其分形维数也随之线性增大; 在冰生长期间, 冰厚度与冰裂缝分形维数也呈现出明显的线性关系（相关系数R²=0.75）。冰面不同区域的冰裂缝密度和分形维数在0.017 ~ 0.079、 1.38 ~ 1.64间变化, 且两者之间存在显著的对数相关性（相关系数R²>0.96）, 不同日期航拍数据拟合结果近似相等, 说明冰裂缝密度越大, 对应的分形维数越大。作为表征冰面形态特征的一种物理指标, 建立得到的冰裂缝分形维数与冰厚、 裂缝密度的相关关系, 对未来利用冰面裂缝形态监测冰层的生消过程可提供科学的参考。     

引入拖曳系数参数化的海冰自由漂流模拟研究

Many interesting characteristics of sea ice drift depend on the atmospheric drag coefficient(C_a) and oceanic drag coefficient(C_w).Parameterizations of drag coefficients rather than constant values provide us a way to look insight into the dependence of these characteristics on sea ice conditions.In the present study,the parameterized ice drag coefficients are included into a free-drift sea ice dynamic model,and the wind factor α and the deflection angle θ between sea ice drift and wind velocity as well as the ratio of C_a to C_w are studied to investigate their dependence on the impact factors such as local drag coefficients,floe and ridge geometry.The results reveal that in an idealized steady ocean,C_a/C_w increases obviously with the increasing ice concentration for small ice floes in the marginal ice zone,while it remains at a steady level(0.2-0.25) for large floes in the central ice zone.The wind factor α increases rapidly at first and approaches a steady level of 0.018 when A is greater than 20%.And the deflection angle θ drops rapidly from an initial value of approximate 80° and decreases slowly as A is greater than20%without a steady level like α.The values of these parameters agree well with the previously reported observations in Arctic.The ridging intensity is an important parameter to determine the dominant contribution of the ratio of skin friction drag coefficient(C_s' /C_s) and the ratio of ridge form drag coefficient(C_r'/C_r) to the value of C_a/C_w,α,and θ,because of the dominance of ridge form drag for large ridging intensity and skin friction for small ridging intensity among the total drag forces.Parameterization of sea ice drag coefficients has the potential to be embedded into ice dynamic models to better account for the variability of sea ice in the transient Arctic Ocean.     

冰–水侧向融化过程的实验室试验研究

为了探究冰层侧向融化过程,定量分析影响冰层侧向融化的主导因素,在低温实验室水槽内实施了浮冰融化实验。同步测量了冰底面和表面生消过程、浮冰侧向融化过程,同时记录了实验室气温、冰样内部不同深度处的冰温及开阔水域不同深度处的水温,利用相关分析方法研究了不同要素之间的关系及其对浮冰侧向融化速率的影响规律。结果表明,融冰前期冰样内部不同深度处的侧向融化缓慢且均匀,平均融化速率为0.05 mm/h;融冰中后期不同深度处的侧向融化速率显著增加且不再均匀,平均融化速率为0.15 mm/h。平均侧向融化速率与气温的相关系数较好（r=0.82）,优于其与平均水温（r=0.74）和水–冰温度差（r=0.48）的相关系数。建立侧向融化速率随温度（气温、水温）和深度变化的定量关系,可以准确描述浮冰侧向融化过程的非均匀性。同时验证了进行非均匀性侧向融化试验技术的可行性,为更加接近北极真实情况考虑风速和光源条件的海冰试验奠定了基础。     

多层四流球谐函数算法的构建及在大气辐射传输模式中的应用

为了在不大幅度增加计算成本的情况下提高大气辐射传输计算的精度,利用单层四流球谐函数结合多层二流累加法,构造了可用于多层大气的四流球谐函数算法。为了比较与其他辐射传输算法的差异,引入48流离散纵坐标算法作为比较标准,Eddington 近似、四流离散纵坐标算法作为比较对象。在真实大气廓线条件下,计算了晴空和有云大气顶向上辐射通量、地表向下辐射通量以及加热率廓线。得出以下结论：在晴空情况下,与作为标准的48流离散纵坐标法相比,Eddington 近似、四流离散纵坐标法和新构造的四流球谐函数方法加热率绝对误差都小于0?3 K／d;向上、向下辐射通量的相对误差分别小于1％和0?6％。这表明在晴空情况下,3种算法对加热率的计算精度差别不大;对辐射通量的计算精度,两种四流近似算法比传统的 Eddington 近似更为精确。在有云情况下,与48流离散纵坐标法相比,四流球谐函数和四流离散纵坐标法计算的云顶加热率相对误差小于1％,而 Eddington 近似计算的云顶加热率相对误差大于5％。结果表明：新构造的四流球谐函数算法可用于大气辐射传输模式,在不大幅度增加计算成本的同时,提高了晴空大气的整体辐射计算精度和有云大气辐射加热率的计算精度。     

基于PS-InSAR技术的南宁地表沉降监测与分析

采用PS-InSAR技术处理44景COSMO-SkyMed卫星影像,获取南宁市建成区2013~2016年地表沉降形变信息;选取典型沉降突变区域进行实地调查,分析地表变形特征及原因,验证PS-InSAR技术监测结果的准确性。结果表明,研究区年平均形变速率范围为-7~5 mm/a;沉降突变点大多分布在青秀区、西乡塘区及兴宁区的绕城高速以内,其中青秀区新竹路与思贤路交叉区域、民族大道高速出入口区域地面沉降明显,平均形变速率超过-9 mm/a;结合工程建设资料、光学历史影像进行实地调查,结果与PS-InSAR监测数据反映的问题吻合较好。该研究可为地质灾害预测和防治工作提供新思路。     

基于SAR图像纹理的北极海冰厚度的反演研究

基于七景北极Radarsat-2 SAR图像以及中国第六次北极科学考察走航期间利用船侧录像观测获得的平整冰厚度数据,通过灰度共生矩阵计算纹理,确定了最适合反演海冰厚度的纹理参数。并分析了海冰厚度与纹理之间的相关关系,探讨了纹理反演海冰厚度的可能性。选取了最合适的纹理特征进行拟合,并利用所得经验方程进行反演验证,结果与实测数据吻合较好,平均相对误差13.7%。与传统的仅依靠后向散射系数反演海冰厚度进行对比,新方法的误差更小,证明了纹理特征反演冰厚的优势。     

寒区浅水湖冰生消特征及其影响因素

基于2019-2020期间在盘锦市含章湖利用浮式观测平台开展湖冰原型观测试验,分析不同因素对湖冰变化造成的影响.结果 表明:99 d冰期内湖冰的生消过程可概述为:湖泊封冻(3 a)-稳定生长(62 d)-冰厚稳定(7 d)-加速消融(24 d)—破碎分解(3 d).生长期冰厚的平均增长速率为0.4 cm/d,最大冰厚为...