基于雷达高度计数据的渤海海冰变动研究

论文摘要

海冰是海洋水文要素的重要组成部分,海冰对海洋水文要素的铅直分布、海洋动力现象、局地气候变化和人类社会生产活动等均会产生巨大的影响。近年来,卫星遥感技术成为了海冰监测中的主要观测手段。其中,可见光卫星遥感主要以中低分辨率的光学传感器为主,这类传感器获取数据的幅宽较大、重访周期较短、且图像直观,对于海冰监测的结冰、融冰过程直观、有效。但是可见光遥感容易受天气影响,无法实现全天候观测,在恶劣的天气条件下几乎无法获得清晰有效的遥感影像。雷达卫星海面高度计具备全天候观测的能力,在过去的近30年中在海面高度观测中取得了令人瞩目的成就。同时,雷达高度计也具备海冰监测的能力,在极低冰川的监测中发挥了重要作用。雷达高度计向星下点发射微波脉冲,当星下点为海水时,微波在海水表面发生后向散射,高度计接收的回波波形为Brown波形,当星下点为海冰时,微波在海冰表面发生镜面反射,高度计接收的回波波形为峰型。相对于Brown波形,海冰回波的波形的振幅更大,且波形后延呈现急速下降趋势,下降速度远超由高度计天线指向特性造成的后沿衰减。基于微波在海水及海冰表面的回波波形差异,本文提出了一种基于高度计回波波形数据的冰水分离法。辽东湾位于渤海北部,是渤海冰情最严重的海域,目前在渤海海域尚无利用高度计回波数据进行海冰冰情变动的研究。本文利用Jason-2高度计在辽东湾海域的20Hz高频传感器地球物理数据集,通过对大量的海冰与海水回波波形对比分析,提出了利用波形最大值和下降沿区的能量下降速率两个参数设定阈值来进行冰水分离,简称为双参数阈值法。基于双参数阈值法,本文首先对2013年年末至2014年年初的辽东湾海冰外缘线进行判定,计算了海冰外缘线的沿轨延伸范围,并与高分一号（GF-1）卫星观测的可见光影像进行对比分析。结论表明:基于双参数阈值法由Jason-2高度计回波数据计算得到的海冰延伸范围与GF-1可见光影像的结果吻合度较高,两者的均方差为4.73km,相关系数为0.979。结合2013年末至2014年初的气温观测资料,发现两者计算得到的海冰外缘线延伸范围的偏差很大程度上取决于两种观测手段的时间差。在验证方法的可行性后,利用上述方法计算了2008年至2016年辽东湾海冰外缘线延伸范围,研究了2008年至2016年近8年来辽东湾海冰冰情的变动规律。为了对渤海冰情的严重程度进行更准确的判断,本文根据海冰最大延伸距离将冰情分为3级,分别为:I级,延伸距离小于60km;II级,延伸距离大于60km且小于120km;III级,延伸距离大于120km。结论表明:I级冰情1次;II级冰情4次;III级冰情3次。8年内,最大的海冰外缘线延伸距离约为164km（2009年年末至2010年年初）,最小延伸距离约为52km（2014年年末至2015年年初）。通过与同时期内气温和降水量数据的相关分析发现,气温与海冰外缘线延伸距离呈负相关,相关系数为-0.56;年降水量与海冰外缘线延伸范围及其变动无显著关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与研究意义
•     1.1.1 海冰概况
•     1.1.2 海冰对海洋水文要素和人类生产生活的影响
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 基于现场测量的海冰观测方法研究进展
•     1.2.2 基于卫星遥感技术的海冰观测方法研究进展
•   1.3 研究目标与研究内容
• 第二章 数据来源
•   2.1 高度计数据来源
•   2.2 可见光遥感影像数据来源
•   2.3 气温与降雨量数据来源
• 第三章 基于雷达卫星高度计回波波形的冰水分离方法
•   3.1 雷达卫星高度计回波波形介绍
•     3.1.1 雷达卫星高度计测量基本原理
•     3.1.2 雷达卫星高度计后向散射系数的应用
•   3.2 基于雷达卫星高度计回波模型的海冰与海水分离法
•   3.3 可见光卫星遥感影像海冰外缘线提取方法
• 第四章 渤海辽东湾的海冰外缘线判定
•   4.1 基于雷达卫星高度计的双参数阈值法的验证
•     4.1.1 2013 年年末至2014 年年初辽东湾冰期的海冰外缘线判定
•     4.1.2 结论与验证
•   4.2 基于雷达卫星高度计数据的渤海海冰年际变动研究
•     4.2.1 2008 年至2016 年渤海海冰外缘线离岸距离的年际变动研究
•     4.2.2 气温对渤海海冰外缘线离岸距离变动影响研究
•     4.2.3 年降雨量对渤海海冰外缘线离岸距离变动影响研究
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 硕士研究生期间发表的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张冰花

导师: 张钟哲

关键词: 高度计,回波波形,双参数阈值法,海冰外缘线

来源: 大连海洋大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学,海洋学

单位: 大连海洋大学

分类号: P715.7;P731.15

DOI: 10.27821/d.cnki.gdlhy.2019.000006

总页数: 57

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