北極海冰密集度反演與季節(jié)性海冰雙模態(tài)特征研究.pdf

1、北極海冰是全球氣候的重要組成部分，在全球變暖的背景下，近十幾年來北極海冰快速減少。研究表明，近年多年冰面積和范圍減少的速度快于總體海冰減少的速度，北極海冰融化期變長。而且北極海冰的年際變化主要體現(xiàn)在中央?yún)^(qū)邊緣，即夏季的海冰外緣區(qū)，而不是通常意義下的冬季海冰外緣區(qū)。因此研究季節(jié)性海冰年際變化及其與大氣的相互作用意義重大。
　　季節(jié)性海冰的研究需要有良好的數(shù)據(jù)支持，然而目前尚無發(fā)布的季節(jié)性海冰密集度數(shù)據(jù)。因此為了實(shí)現(xiàn)本文研究目的，首先

2、要獲取較合理精確的北極季節(jié)性海冰密集度數(shù)據(jù)。海冰密集度是極區(qū)海冰監(jiān)測的重要因素，目前由于微波數(shù)據(jù)具有較好的時(shí)空分辨率，是反演北極海冰密集度的重要數(shù)據(jù)，本文使用AMSR-E89GHz數(shù)據(jù)ASI反演算法得到的海冰密集度是目前能夠獲得的分辨率最高的微波數(shù)據(jù)。在以前的算法中往往使用固定的系點(diǎn)值，導(dǎo)致反演的海冰密集度會(huì)在低密集度區(qū)低估，高密集度區(qū)高估。本文實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)系點(diǎn)值A(chǔ)SI算法，更重要的是在統(tǒng)計(jì)開闊水系點(diǎn)值的時(shí)候考慮了云對系點(diǎn)值的影響，消除了

3、云對系點(diǎn)值的影響，使得純水系點(diǎn)值更接近真實(shí)狀況。通過每天的系點(diǎn)值得到的反演方程在低密集度區(qū)增大了海冰密集度，在高密集冰區(qū)減小了海冰密集度，從而在一定程度上改善了微波數(shù)據(jù)的反演準(zhǔn)確度。通過與選取的40幅北極冰邊緣區(qū)和季節(jié)性海冰區(qū)域晴空條件下的MODIS500m分辨率反照率數(shù)據(jù)計(jì)算的海冰密集度進(jìn)行了比較驗(yàn)證。結(jié)果顯示，在所有試驗(yàn)樣本中，本文結(jié)果95％的樣本平均差異比使用固定系點(diǎn)值A(chǔ)SI算法結(jié)果的小，而且75％樣本的均方根差異比使用固定系點(diǎn)值

4、ASI算法產(chǎn)品小。
　　北極海冰密集度可以分析整體海冰的變化，但是近年來北極多年冰的面積和范圍減少明顯，由此產(chǎn)生的氣候效應(yīng)具有重要意義，因而北極多年冰的反演的精度至關(guān)重要。但是目前沒有發(fā)布的多年冰密集度產(chǎn)品用以研究，本文較系統(tǒng)地總結(jié)分析了前人在研究論文中使用微波數(shù)據(jù)反演多年冰的三種算法，NASA TEAM，Lomax和Wang算法。通過比較發(fā)現(xiàn)，這些算法都能夠很好的反演北極總的海冰密集度，但是對于多年冰的反演有較大的差異，其中Wa

5、ng和Lomax算法得到的多年冰面積在秋季和冬季過多而且變化明顯，NASA TEAM算法得到的多年冰面積要穩(wěn)定。本文在NASA TEAM算法的基礎(chǔ)上改進(jìn)了多年冰反演算法，同本文定義的參考多年冰面積相比，1-3月平均差異和均方根差異分別為0.75×106km2和0.79×106km2，9-12月平均差異和均方根差異分別為-0.11×106km2和0.17×106km2，同周平均的冰齡數(shù)據(jù)得到的海冰范圍相比較，平均差異和均方根差異分別為0.

6、69×106km2和0.84×106km2，進(jìn)一步與逐日的冰齡數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，其平均差異和均方根差異分別為0.35×106km2和0.77×106km2，在四種算法中，本文算法的差異最小，但是海冰分類反演受到海冰表面性質(zhì)等的影響，而且缺少更多的實(shí)測數(shù)據(jù)來檢驗(yàn)，因而其反演結(jié)果還需進(jìn)一步提高。
　　近年北極海冰的變化主要體現(xiàn)在北極中央?yún)^(qū)邊緣，為了研究北極季節(jié)性海冰的變化，使用本文算法反演的海冰密集度和定義的參考多年冰密集度計(jì)算得到的季節(jié)

7、性海冰密集度數(shù)據(jù)對北極冬季季節(jié)性海冰年際變化進(jìn)行了研究。通過對北極秋冬季季節(jié)性海冰EOF分解發(fā)現(xiàn)，2002-2012年期間北極季節(jié)性海冰變化的前兩模態(tài)主要體現(xiàn)為2005年和2007年的季節(jié)性海冰距平。其中第二模態(tài)主要體現(xiàn)了北極海冰在2005年的一種極端變化，而第一模態(tài)不僅體現(xiàn)了北極海冰在2007年的變化，還體現(xiàn)了北極季節(jié)性海冰的從負(fù)位相到正位相的轉(zhuǎn)變。通過比較發(fā)現(xiàn)，北極季節(jié)性海冰最主要的變化發(fā)生在北極太平洋扇區(qū)，在2007年，秋冬季季節(jié)