南极海冰历史资料数据库及应用系统

本文介绍南极海冰数据库，包括资料来源和性质，资料处理方法如ＳＩＧＲＩＤ资料的解码和压缩，存贮数据的生成，如净冰面积指数（１０°×１０°冈格）．密集度（０．２５纬距网格）．图形模块和海冰外缘线；数据库资料的分析应用软件系统，以统计计算方法为主．统计模拟为杨，它包含了大量的成熟的统计方法，如谱分析，回归，时间序列，主成分分析等方法；数据库的输出方式：显示器、激光打印机和平板绘图仪作为图形输出设备．以磁盘作为数字输出设备。数据库和相应的外部设备驱动程序支持下，可以很方便地生成图形和硬拷贝。开发便于在计算机存贮和处理的ＬＩＳＴ格式转换海冰原始ＳＩＧＲＩＤ格式资料。两者比较显示出ＬＩＳＴ格式节省１０倍的空间和时间。建立了南极海冰密集度分布图库，并以伪彩色动画显示，以位图作映射存贮方式节约空间，动画连续显示海冰分布形式逼真，便于直观应用和查找。利用网格球面积×网格冰密集度的方法计算净冰面积指数，可方便的给出任何区域的净冰面积而且能准确地反应实际情况，比原来国际上所使用的冰范围面积其结果要大大提高精度。     

Polar WRF模式海冰密集度方案对北极海雾模拟效果的个例研究

全球变暖的背景下,北极航线的常规通航甚至商业运营有望实现,而海雾会严重影响航道上船只的航行安全。海冰的存在使海气之间相互作用变得更为复杂,是研究北极海雾不可忽略的因素。船载观测发现,与中纬度常见平流冷却雾形成时气温下降速度往往超过海水降温速度不同,北极海雾发生时海冰的存在还会使海水降温速度超过空气降温速度。然而目前海冰分布是否会影响模式模拟海雾的准确性还不得而知,因此本文利用Polar WRF（Polar Weather Research and Forecasting）模式模拟了中国第七次北极考察中观测到的一次海雾过程,并进行海冰密集度敏感性试验。通过与船载观测和欧洲中期天气预报中心再分析数据比对发现,在低浮冰区内（海冰密集度小于50%）考虑海冰分布时可以更加准确地刻画潜热通量与水汽通量,模拟出与观测事实相符的表层空气降温与增湿过程以及相对湿度的变化,因此能够更好地刻画海雾的三维结构及其生消演变。     

2010-2018年北极夏季中国北极科学考察航行期间被动微波遥感海冰密集度与船基目视观测资料的比较

为了更有效地将卫星数据应用于北极航行导航,被动微波（PM）产品的海冰密集度（SIC）与从中国北极科学考察中收集到的船基目视观测（OBS）资料进行了比较。在2010、2012、2014、2016和2018年的北极夏季总共收集了3667组目测数据。PM SIC取自基于SSMIS传感器的NASA-Team（NT）、Bootstrap（BT）以及Climate Data Record（CDR）算法和基于AMSR-E/AMSR-2传感器的BT、enhanced NT（NT2）以及ARTIST Sea Ice（ASI）算法。使用PM SIC的日算术平均值和OBS SIC的日加权平均值进行比较。比较了PM SIC和OBS SIC之间的相关系数,偏差和均方根偏差,包括总体趋势以及在轻度/普通/严重冰况下的情况。使用OBS数据,浮冰尺寸和冰厚对不同PM产品SIC反演的影响可以通过计算浮冰尺寸编码和冰厚的日加权平均值来评估。我们的结果显示相关系数的范围为0.89（AMSR-E/AMSR-2 NT2）到0.95（SSMIS NT）,偏差的范围为-3.96%（SSMIS NT）到12.05%（AMSR-E/AMSR-2）,均方根偏差的范围为10.81%（SSMIS NT）到20.15%（AMSR-E/AMSR-2 NT2）。浮冰尺寸对PM产品的SIC反演有显著的影响,大多数PM产品倾向于在小浮冰尺寸情况下低估SIC,而在大浮冰尺寸情况下高估SIC。超过30 cm的冰厚对于PM产品的SIC反演没有明显影响。总体来看,在北极夏季,SSMIS NT SIC与OBS SIC之间有着最好的一致性,而AMSR-E/AMSR-2 NT2 SIC与OBS SIC的一致性最差。     

基于SMAP卫星雷达资料的海冰密集度反演技术研究

SMAP是美国于2015年初发射的一颗卫星,搭载了L波段的雷达。它采用圆锥扫描方式,具有固定的入射角、较大的幅宽和千米级的分辨率,在海冰监测方面具有独特的优势。本文利用SMAP卫星雷达资料分别与德国Bremen大学海冰密集度产品和美国国家冰雪数据中心（NSIDC）海冰密集度产品建立3.125 km和25 km匹配数据集,分析了L波段雷达后向散射系数、极化比和归一化极化差与海冰密集度之间相关性,建立基于人工神经网络的海冰密集度反演算法。为了验证SMAP卫星雷达资料反演海冰密集度的精度,本文选择德国Bremen大学和美国冰雪数据中心发布的海冰密集度产品分别与SMAP海冰密集度产品进行对比分析,SMAP海冰密集度与Bremen海冰密集度的偏差为0.07、均方根误差为0.14;与NSIDC海冰密集度的偏差为0.04、均方根误差为0.18,这表明SMAP海冰密集度产品与现有业务化海冰密集度产品具有很好的一致性。     

BCC-CSM2-MR模式对北极海冰和气候的模拟及预估

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...     

全球多源海冰密集度融合资料研制试验

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...     

北极中央区海冰密集度与云量相关性分析

本文使用海冰密集度以及低云、中云、高云的日平均数据,借助滑动相关分析方法,研究了北极中央区海冰密集度与云量之间的相关性,分析了海冰与云的相互作用机制。研究表明,在春季海冰融化季节(4、5月)、秋季海冰冻结季节(10、11月),低云与海冰密集度之间表现为较好的负相关,表明在这段时间内冰区海面蒸发强烈,对低云的形成有重要贡献。在10月和11月,中云与海冰密集度也有很好的负相关,表明秋季低云可以通过抬升形成中云。高云与海冰密集度之间并没有明显的相关性,可能原因:一方面海冰的空间分布对高云无影响,另一方面,高云主要影响到达的短波辐射,从而影响海冰的融化和冻结速度,与海冰厚度有直接显著的关系,而与海冰密集度的关系不明显。此外,在海冰密集度与低云存在较好负相关的情况下会出现某些年份相关性不好的情况,我们的研究发现这是北极中央区与周边海区发生了海冰交换或云交换的结果。     

利用HY-2微波辐射计数据反演北极区域海冰密集度方法研究

HY-2是中国自主研发的海洋卫星。 本文研究了利用HY-2卫星扫描微波辐射计亮温数据反演北极海冰密集度的方法。参考NASA TEAM方法,我们对典型海区光谱梯度率和极化梯度率进行了统计分析,确定了计算海冰密集度所需的亮温特征值;利用天气滤波器有效去除了开阔海域由于大气中水蒸气、云中液态水、降雨等现象引起的海冰密集度计算错误。本文计算了2012年全年的北极海冰密集度产品并对产品精度进行了初步验证,验证结果表明：三个海冰类型已知区域的海冰密集度结果与理想值比较接近,多年冰密集度的反演精度需要进一步提高;本文结果与美国冰雪数据中心和德国不来梅大学提供的两种业务化海冰密集度产品一致。本研究为利用HY-2卫星监测极区海冰密集度变化,发布实时产品奠定了基础。     

基于HJ-1C SAR数据的辽东湾海冰分类

针对海冰遥感分类问题,使用我国首颗民用合成孔径雷达卫星环境一号星(HJ-1C)图像的S波段VV极化SAR数据进行辽东湾海冰分类,提出了一种针对单极化SAR数据的海冰分类方法。使用基于SAR数据的3种海冰信息作为分类依据,即灰度信息、灰度共生矩阵纹理信息及基于平整冰面积百分比提取的平整冰密集度信息。研究结果表明,平整冰密集度信息是区分碎冰和风致纹理粗糙开阔水的有效信息。使用最大似然法与决策树融合的分类方法可以有效地识别封冻期辽东湾海域的碎冰、平整冰和开阔水3种类型,为海冰分类提供了一种新思路。     

基于Sentinel-1卫星数据的北极西北航道通航适宜性分析

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。