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基本信息

項(xiàng)目名稱(chēng)：
基于AMSR-E和AVHRR海冰密集度數(shù)據(jù)的融合算法研究
小類(lèi)：
數(shù)理
簡(jiǎn)介：
海冰密集度數(shù)據(jù)是研究海冰的重要基礎(chǔ)。本文針對(duì)現(xiàn)有的AMSR-E數(shù)據(jù)分辨率較低和AVHRR數(shù)據(jù)易受云霧影響的缺點(diǎn)，利用客觀分析法對(duì)這兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。通過(guò)云覆蓋實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該融合算法能消除云霧對(duì)數(shù)據(jù)的部分影響。對(duì)融合海區(qū)的云覆蓋率和冰外緣線(xiàn)可見(jiàn)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，證實(shí)了融合算法的必要性和可應(yīng)用率。融合數(shù)據(jù)具有較高分辨率和時(shí)空連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)分析極地冰外緣線(xiàn)變化和北極邊緣海的海冰分布等具有重要作用。
詳細(xì)介紹：
海冰密集度數(shù)據(jù)是研究海冰的重要基礎(chǔ)。目前現(xiàn)有的微波遙感AMSR-E（高級(jí)微波輻射計(jì)）海冰密集度數(shù)據(jù)具有不受云霧和極夜影響的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)全天候觀測(cè)，然而分辨率低尤其在冰邊緣區(qū)反演準(zhǔn)確性較差，無(wú)法滿(mǎn)足研究的要求。可見(jiàn)光遙感AVHRR（改進(jìn)型甚高分辨率輻射計(jì)）海冰密集度數(shù)據(jù)雖然具有高分辨率，由于其受云的影響較大而未能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化。本文根據(jù)海冰的特點(diǎn)，將以往針對(duì)SST（海表面溫度）遙感產(chǎn)品的客觀分析方法應(yīng)用到北極海冰邊緣區(qū)，提出了適用于北極太平洋扇區(qū)海冰密集度數(shù)據(jù)的融合算法，使融合數(shù)據(jù)兼有高分辨率和時(shí)空連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)。本文利用2009年第183天白令海峽區(qū)域（55°N～85°N , 155°E～155°W）的AVHRR和AMSR-E海冰密集度數(shù)據(jù)進(jìn)行了融合個(gè)例實(shí)驗(yàn)：晴空條件下AVHRR數(shù)據(jù)對(duì)低密集度區(qū)域均有很好的效果，能顯示大量浮冰、碎冰區(qū) ，清晰反映局地變化，而在云覆蓋區(qū)域AVHRR數(shù)據(jù)無(wú)效；AMSR-E數(shù)據(jù)易將冰外緣的海水判斷成冰，無(wú)法識(shí)別出海冰密集度的細(xì)節(jié)變化；而融合數(shù)據(jù)總體上能保持AVHRR的高分辨率的特點(diǎn)，對(duì)冰外緣線(xiàn)變化的體現(xiàn)優(yōu)于AMSR-E，體現(xiàn)了融合算法的合理有效。本文進(jìn)一步通過(guò)對(duì)晴空條件下AVHRR數(shù)據(jù)進(jìn)行云覆蓋實(shí)驗(yàn)，以AMSR-E數(shù)據(jù)融合云區(qū)缺省值，證實(shí)了該融合算法能消除云霧對(duì)數(shù)據(jù)的部分影響。通過(guò)對(duì)融合海區(qū)的云覆蓋率和冰外緣線(xiàn)可見(jiàn)度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，本文證實(shí)了融合算法的必要性和可應(yīng)用率。通過(guò)本文的工作，能夠得到較高分辨率和時(shí)空連續(xù)的海冰密集度數(shù)據(jù)，對(duì)于分析極地冰外緣線(xiàn)的變化和北極邊緣海的海冰分布等具有重要作用。

作品專(zhuān)業(yè)信息

撰寫(xiě)目的和基本思路

海冰密集度數(shù)據(jù)是研究海冰的重要基礎(chǔ)。AMSR-E微波數(shù)據(jù)具有全天候、不受云霧影響等優(yōu)勢(shì)，然而目前該類(lèi)產(chǎn)品最高分辨率僅為6.25km，不足以反映冰間水道等海冰分布的細(xì)節(jié)特征。AVHRR可見(jiàn)光數(shù)據(jù)分辨率可達(dá)1.1km，但在云覆蓋區(qū)域數(shù)據(jù)無(wú)效。因此，將AVHRR可見(jiàn)光遙感數(shù)據(jù)與AMSR-E微波遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而獲取高精度、連續(xù)的海冰密集度數(shù)據(jù)，對(duì)海冰的研究和更為精確有效的監(jiān)測(cè)具有非常重大的意義。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

在目前海冰研究領(lǐng)域，尚未提出一種適用于海冰密集度數(shù)據(jù)的融合算法。本文根據(jù)海冰的特點(diǎn)，將以往針對(duì)SST（海表面溫度）遙感產(chǎn)品的客觀分析方法應(yīng)用到北極海冰邊緣區(qū)，初步提出了適用于北極太平洋扇區(qū)海冰密集度數(shù)據(jù)的融合算法。在較好的保持了原始數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，使得融合數(shù)據(jù)在分辨率和覆蓋率上得到了提高。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

本文以SST遙感數(shù)據(jù)融合算法為基礎(chǔ)，根據(jù)海冰遙感數(shù)據(jù)自身特點(diǎn)，利用逐日AVHRR和AMSR-E密集度數(shù)據(jù)，提出了可見(jiàn)光/微波海冰密集度數(shù)據(jù)融合算法并實(shí)現(xiàn)了程序化，該融合算法為提供新的海冰密集度產(chǎn)品打下基礎(chǔ)。融合結(jié)果具有較高分辨率（4km）和時(shí)空連續(xù)的特點(diǎn)，對(duì)于分析極地冰外緣線(xiàn)的變化和北極邊緣海的海冰分布等具有重要作用。

學(xué)術(shù)論文摘要

目前被動(dòng)微波遙感AMSR-E 6.25km海冰密集度數(shù)據(jù)是研究海冰狀況和變化的主要衛(wèi)星遙感資料。然而由于分辨率較低，無(wú)法精確地反映冰間水道等海冰分布的特征，同時(shí)，在冰外緣線(xiàn)附近反演精度不夠，易造成誤判，不能滿(mǎn)足極地探險(xiǎn)海上航行的需求。AVHRR可見(jiàn)光遙感數(shù)據(jù)精度可達(dá)1.1km，能很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)海冰變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，然而該資料易受云影響而造成時(shí)間、空間上的不連續(xù)。本文采用客觀分析法的原理，設(shè)計(jì)了適合這兩種傳感器數(shù)據(jù)的融合算法，選取2009年第192天的AVHRR和AMSR—E在北極太平洋扇區(qū)的晴空數(shù)據(jù)進(jìn)行融合試驗(yàn)，比較分析融合數(shù)據(jù)與單一傳感器數(shù)據(jù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該融合算法能保持微波遙感數(shù)據(jù)的連續(xù)性和可見(jiàn)光數(shù)據(jù)的高分辨率的優(yōu)勢(shì)，使融合數(shù)據(jù)的分辨率達(dá)到4km。本文進(jìn)一步通過(guò)AVHRR數(shù)據(jù)云覆蓋試驗(yàn)證實(shí)了該融合算法能消除部分云對(duì)可見(jiàn)光數(shù)據(jù)的影響。并且利用MODIS衛(wèi)星圖像統(tǒng)計(jì)得到了該融合算法的應(yīng)用率，從而進(jìn)一步證實(shí)了海冰密集度數(shù)據(jù)融合的可行性和必要性。

獲獎(jiǎng)情況

無(wú)

鑒定結(jié)果

該作品選題新穎，理論聯(lián)系實(shí)際，具有很強(qiáng)的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。鑒定結(jié)果優(yōu)秀，推薦參加競(jìng)賽。

參考文獻(xiàn)

[1] 曹梅盛，晉銳（2006）：遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)海冰密集度，遙感技術(shù)與應(yīng)用，21(003)，259-264 [2] 徐棟（2011）：基于遙感數(shù)據(jù)的北極西北航道海冰時(shí)空變化相關(guān)研究（碩士學(xué)位論文），青島：中國(guó)海洋大學(xué) [3] 鄭金武，許東峰，徐鳴泉（2008）：全覆蓋高分S S T融合方法概述，熱帶海洋學(xué)報(bào)，27(4)，77-82 [4] Bretherton F., R. Davis and C. Fandry (1976): A technique for objective analysis and design of oceanographic experiments applied to MODE-73, Deep-Sea Res., 23, 559–582 [5] Carter E. F. and A. R. Robinson (1987): Analysis models for the estimation of oceanic fields, Atmos. Oceanic. Technol., 4, 49-74 [6] Guan, L., Hiroshi Kawamur (2004): Merging Satellite Infrared and Microwave SSTs: Methodology and Evaluation of the New SST, Journal of Oceanography, 60, 905-912 [7] Kelly, K. A. and M. J. Caruso (1990): A modified objective mapping technique for scatterometer wind data, Geophys. Res., 95, 13483–13496 [8] YE Xinxin, SU Jie, WANG Yang, HAO Guanghua (2010): Assessment of AMSR-E Sea Ice Concentration in Ice Margin Zone Using MODIS data, 已接收 受字?jǐn)?shù)限制僅列出重要參考文獻(xiàn)，完整的參考文獻(xiàn)目錄見(jiàn)申報(bào)書(shū)和論文

同類(lèi)課題研究水平概述

目前，衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合技術(shù)在地質(zhì)觀測(cè)、氣象分析等領(lǐng)域均取得了一定的成果。在海洋研究方面，也已經(jīng)有一些融合方法得到應(yīng)用。 曲利芹等（2006）利用小波變換對(duì)2001年SeaWiFS和MODIS葉綠素濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，分析得出融合數(shù)據(jù)的全球可利用率相對(duì)于單一傳感器數(shù)據(jù)有所提高，小波變換方法用于SeaWiFS和MODIS葉綠素濃度數(shù)據(jù)融合具有有效性。 陳小燕等（2009）利用反距離加權(quán)法、克里金插值法、逐步訂正法對(duì)GFO（Geosat Follow-on）,Jason-1,Envisat數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,在一定程度上解決了高度計(jì)數(shù)據(jù)精度不夠的問(wèn)題。 管磊等（2004）利用客觀分析法對(duì)太平洋AVHRR、GMS S-VISSR、TRMM MI and VIRS 四種傳感器的 SST數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并用JMA（Japan Meteorological Agency，日本氣象廳）buoy SSTs數(shù)據(jù)驗(yàn)證，證實(shí)了融合SST精度得到了提高、SST數(shù)據(jù)融合具有可行性和優(yōu)勢(shì)。 而在海冰研究領(lǐng)域，基于AMSR-E 的ARTIST（ Arctic Radiation and Turbulence Interaction Study）SEA ICE 海冰密集度反演算法（簡(jiǎn)稱(chēng)ASI 算法）能夠提供極區(qū)6.25km 分辨率的被動(dòng)微波遙感數(shù)據(jù)；AVHRR可見(jiàn)光遙感數(shù)據(jù)通過(guò)反演（Lindsay. R. W. and D. A. Rothrock., 1994），羅亞威等（2005）能夠提供分辨率為1.1km的海冰密集度數(shù)據(jù)。然而目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)針對(duì)區(qū)域性海冰密集度觀測(cè)資料的融合算法。 在當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的數(shù)據(jù)融合方法中，客觀分析法（Objective Analysis）能夠較好的解決數(shù)據(jù)資料時(shí)間和空間上的缺失問(wèn)題, 因而特別適合于微波和可見(jiàn)光數(shù)據(jù)的融合。該方法于1976年被Bretherton等人引進(jìn)海洋學(xué)研究領(lǐng)域。Carter and Robinson于1987年進(jìn)一步提出了將客觀分析法具體應(yīng)用的相關(guān)理論和計(jì)算公式。此后，該方法先后被應(yīng)用于散射計(jì)海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)融合、TOPEX/Poseidon 和ERS-1海表面高度數(shù)據(jù)融合等領(lǐng)域，均取得了較好的融合結(jié)果，顯示出了它在數(shù)據(jù)融合領(lǐng)域的優(yōu)越性。因而，本文將以此為切入點(diǎn)，將客觀分析法應(yīng)用于海冰密集度數(shù)據(jù)融合領(lǐng)域。
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