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海洋技术学报 2020年第2期39卷 1-9页

作者：张晰赵全芳孟俊敏刘眉洁山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 青岛大学物理学院山东青岛266071

工作在Ku波段的CryoSat-2和Sentinel-3A合成孔径雷达高度计是当前最先进的高度计。由于雷达回波信号的实际时间跟踪点较预设的时间跟踪点总发生偏移,而且Ku波段波长短,进行海冰探测时易受雪层干扰,造成雷达信号主散射面由海冰表面上移... 详细信息

工作在Ku波段的CryoSat-2和Sentinel-3A合成孔径雷达高度计是当前最先进的高度计。由于雷达回波信号的实际时间跟踪点较预设的时间跟踪点总发生偏移,而且Ku波段波长短,进行海冰探测时易受雪层干扰,造成雷达信号主散射面由海冰表面上移至雪层内,这两个因素都影响着海冰干舷高度的反演精度。针对这些问题,本文首先确定了CryoSat-2与Sentinel-3A雷达高度计反演北极海冰干舷高度的最优波形重跟踪阈值组合,然后分析了这两个Ku波段雷达信号的雪层穿透系数,发现Ku波段高度计的主散射面受雪层的影响显著,会高估海冰干舷高度。基于此,文中提出了一种改进的积雪校正方法,并以机载Operation IceBridge(OIB)为验证数据,将本文提出的方法与通用积雪校正法和欧洲空间局(European Space Agency,ESA)海冰干舷高度产品进行了对比验证。实验结果表明,本文提出的方法能够有效估计Ku波段电磁波穿透海冰表面积雪深度的比例系数,显著校正了通用积雪校正方法存在的高估海冰干舷高度的问题,提高了海冰干舷高度的估算精度。

关键词： CryoSat-2 Sentinel-3A 波形重跟踪海冰干舷高度雷达穿透系数积雪校正

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基于多源卫星雷达高度计的南极海冰厚度估算

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海洋学报 2024年第8期46卷 108-120页

作者：沈校熠柯长青李海丽河海大学地球科学与工程学院江苏南京211100 南京大学地理与海洋科学学院江苏南京210023

南极海冰是极地气候系统的重要组成部分,对全球气候有着深远影响。海冰厚度作为海冰的关键属性之一,了解其时空分布特征和变化趋势对理解和预估气候变化进程具有重要意义。然而,目前对于南极海冰厚度的监测局限在时空分布有限的实地观... 详细信息

南极海冰是极地气候系统的重要组成部分,对全球气候有着深远影响。海冰厚度作为海冰的关键属性之一,了解其时空分布特征和变化趋势对理解和预估气候变化进程具有重要意义。然而,目前对于南极海冰厚度的监测局限在时空分布有限的实地观测和短时间序列的卫星观测阶段,长时间序列的冰厚数据仍然缺失。针对这一问题,基于时空连续的卫星雷达高度计Envisat和CryoSat-2,构建了一致性较高的雷达干舷高度数据,定量估算了高度计雷达信号在积雪中的穿透深度,发展了一种适用于南极海冰的厚度遥感估算方法。估算的冰厚与Australian Antarctic Data Centre实测数据的平均绝对偏差约为0.28 m;与ICESat激光雷达高度计冰厚的平均绝对偏差约为0.65 m,相关系数为0.71,一致性较高。2002–2023年南极海冰厚度时空变化分析结果表明,厚冰主要分布于西威德尔海和别林斯高晋海/阿蒙森海,其他海域海冰相对较薄。南极海冰厚度在2011年之前呈现轻微降低趋势,在2011年后加速降低(-0.03 m/a)。南极海冰厚度的分布和变化趋势存在明显的季节和区域特征。

关键词：海冰厚度海冰干舷高度穿透深度雷达高度计南极

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积雪厚度和冰雪密度对Ku波段合成孔径雷达高度计海冰厚度反演的影响与校正

积雪厚度和冰雪密度对Ku波段合成孔径雷达高度计海冰厚度反演的影...

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作者：赵全芳山东科技大学

学位级别：硕士

海冰厚度是重要的气候环境变化表现因子,准确估算海冰厚度,对于气候变化研究、极区航行保障具有重要意义。工作在Ku波段的CryoSat-2和Sentinel-3A新型高分辨率合成孔径雷达高度计相较于传统雷达高度计,能够提供较高分辨率和更高精度的... 详细信息

海冰厚度是重要的气候环境变化表现因子,准确估算海冰厚度,对于气候变化研究、极区航行保障具有重要意义。工作在Ku波段的CryoSat-2和Sentinel-3A新型高分辨率合成孔径雷达高度计相较于传统雷达高度计,能够提供较高分辨率和更高精度的海冰厚度信息,是当前最先进的卫星雷达高度计。目前基于合成孔径雷达高度计数据反演北极海冰厚度存在以下三方面的问题:(1)Ku波段波长短,进行海冰探测时易受雪层干扰,造成雷达信号主散射面由海冰表面上移至雪层内,这个因素会影响海冰干舷高度的反演精度;(2)海冰厚度反演的精度受冰上积雪密度、海冰密度和海水密度的影响很大,若使用以往常用的积雪、海冰和海水密度固定值可能会给海冰厚度的反演结果引入一定的误差;(3)现如今的北极海冰厚度产品数据时间分辨率不高,只有月度的海冰厚度产品。本文将针对于以上三方面问题,利用CryoSat-2与Sentinel-3A雷达高度计数据,开展高精度的北极海冰厚度反演方法研究,并使用Operation IceBridge实测数据进行对比验证。(1)在Ku波段雷达信号穿透积雪深度系数与海冰干舷高度校正方面,提出了一种针对CryoSat-2与Sentinel-3A合成孔径雷达高度计而改进的积雪校正海冰干舷高度反演算法。首先分别确定了 CryoSat-2和Sentinel-3A两种雷达高度计的最优波形重跟踪阈值,然后分析了海冰表层积雪对海冰干舷高度反演的影响,最后计算了雷达信号穿透积雪深度系数,对于CryoSat-2,一年冰上积雪层的雷达穿透系数为0.95,多年冰为0.889;对于Sentinel-3A,一年冰上积雪层的雷达穿透系数为0.873,对于多年冰为0.856。相比于通用积雪校正法和ESA L2I产品,本文提出的改进算法计算得到的海冰干舷高度与实测海冰干舷数据之间的精度最高,其中CryoSat-2数据反演的海冰干舷高度的均方根误差为7.49 cm,Sentinel-3A数据反演的海冰干舷高度的均方根误差为8.10 cm。(2)在积雪密度、海冰密度和海水密度的最优密度取值方面,提出利用最小二乘拟合方法反算得到适用于北极海冰厚度反演的海冰密度、海水密度和积雪密度的密度比值组合。首先基于海冰干舷高度、积雪厚度和实测海冰厚度三种数据,反算出了密度比值a=海水密度/(海水密度-海冰密度)和密度比值b=积雪密度/(海水密度-海冰密度),然后分析了反算的密度比值对北极海冰厚度反演的影响,最后本文推荐在北极海冰厚度反演时,对于一年冰,使用密度比值a=9.01,密度比值b=3.52;对于多年冰,密度比值a=7.20,密度比值b=2.30。(3)针对反演得到更精细可靠的北极海冰厚度数据问题,提出利用反距离加权方法将CryoSat-2和Sentinel-3A雷达高度计反演的海冰干舷高度数据融合使用,并基于此反演得到北极海冰厚度融合数据。通过将四种北极海冰厚度产品(CPOM、CS2SMOS、AWI、本文融合海冰厚度产品)与实测数据作对比发现,四种产品的精度较为相近,其中CS2SMOS海冰厚度与Operation IceBridge数据的相关性最高,为67.69%,绝对值差值最小,为47.15 cm,本文融合海冰厚度与Operation IceBridge数据之间的均方根误差最低,为62.22 cm。

关键词：合成孔径雷达高度计积雪校正海冰干舷高度冰雪密度海冰厚度反演

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