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基于自主星载微波辐射计的海冰密集度反演研究

基于自主星载微波辐射计的海冰密集度反演研究

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作者：武苏辉国家海洋环境预报中心

学位级别：硕士

海冰在全球气候系统中具有极其重要的作用,不仅影响着大气与海洋环流,也是气候变化的重要指示器。海冰密集度(Sea ice concentration)是描述极区海冰极为重要的地球物理参数之一。基于海冰密集度数据集获取的海冰范围(Sea ice extent,S... 详细信息

海冰在全球气候系统中具有极其重要的作用,不仅影响着大气与海洋环流,也是气候变化的重要指示器。海冰密集度(Sea ice concentration)是描述极区海冰极为重要的地球物理参数之一。基于海冰密集度数据集获取的海冰范围(Sea ice extent,SIE)和海冰面积(Sea ice area,SIA)参数在全球气候变化研究中发挥十分重要的作用。随着国内海洋动力环境系列卫星和风云系列卫星的不断发展,极大地拓展了我国在极地地区的观测能力,为研究极地海冰的长期变化研究提供重要的数据支撑。本论文主要分为基于fy-3c/d MWRI的北极海冰密集度反演研究和基于HY2B/SMR的极区海冰密集度反演研究两部分。基于风云三号卫星微波成像仪(MWRI)亮温数据开展北极海冰密集度反演研究,采用线性回归和阈值法确定了动态亮温系点值,利用天气滤波器和陆地污染修正法消除了天气和陆地对海冰密集度反演的影响,获取了 2019-2020年逐日25km空间分辨率的海冰密集度数据集。同时计算了 2019-2020年海冰范围和海冰面积并与同类产品进行了比对。结果表明,本研究获取的北极海冰密集度产品与NSIdc发布的海冰密集度产品有较高的相关性,海冰密集度的差异在冬季小于3%,夏季小于8%。利用SAR数据进行了不同产品的结果评估,结果表明本文算法的反演结果优于NASA Team算法,在冬季精度约有1%的提升,在夏季精度约有4%左右的提升。动态亮温系点值较好地反映了海冰辐射特性的季节变化。基于海洋二号微波辐射计(SMR)亮温数据,开展了南北极海冰密集度反演研究,利用改进的Bootstrap(BT)算法获取了 2019-2021年南北极逐日海冰密集度产品。然后将结果与业务化海冰密集度产品和基于船载的观测数据进行比较。研究结果表明,改进的Bootstrap算法对于准确获取极地地区的海冰密集度是十分有效的,与其他业务化海冰密集度产品具有高度的相关性。不同海冰密集度数据集的日平均海冰密集度在南北极均显示出相似的年际变化趋势。不同SIc产品的比较表明,北极的BT-SMR SIc略低于BT-SSMIS和BT-AMSR2 SIc产品,而南极SIc产品之间的差异更为明显。不论是在南极还是北极,BT-SSMIS SIc和BT-SMR SIc之间的MAE(平均绝对误差)最小,然而在北极NT-SMR和BT-SMR之间的MAE最大,在南极NT-SSMIS和BT-SMR之间的差异最大。其中,BT和NT分别表示Bootstrap和NASA Team算法的缩写。SIE和SIA时间序列显示出一致的趋势,SIA的差异大于SIc。利用船载观测数据对不同SIc产品进行评估表明,BT-SMR SIc与船载SIc之间具有较高的相关性,在北极地区约为0.85,在南极地区约为0.88。本研究为我国自主海洋系列和风云系列卫星发布极区业务化海冰密集度产品奠定了基础,获取的海冰密集度产品可以保障未来近40年海冰观测记录的连续性,为全球气候变化的研究提供数据支撑。

关键词：海冰密集度 Bootstrap算法北极南极 HY-2B fy-3c/d

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