【摘要】：極地是全球氣候的冷源,對于調(diào)節(jié)全球氣候和環(huán)境變化具有重要的驅(qū)動作用,兩極地區(qū)大氣、海洋以及冰川的變化會直接或間接地引起全球尺度的大氣環(huán)流、海洋環(huán)流的變化,因此,極地研究對于理解和監(jiān)測全球氣候環(huán)境變化具有重要意義。在全球氣候變暖的背景下,北極氣候系統(tǒng)顯得異常脆弱,氣溫升高的速度遠遠高于全球平均水平,更凸顯了北極研究的重要性和緊迫性。氣候變暖對北極帶來的顯著影響是冰雪的消融,尤其是在進入21世紀后,北冰洋海冰的退縮和格陵蘭冰蓋消融速度都明顯加速。海冰是北極氣候系統(tǒng)中的關(guān)鍵因素,海冰在北冰洋上形成的冰雪層不僅減少了北極通過太陽輻射獲得的熱量,而且能夠阻隔海洋與大氣之間的熱量交換,幫助北極保持低溫的氣候。海冰的變化能夠強烈影響極地大氣和海洋環(huán)流,從而導致全球的氣候變化。冰蓋消融的影響更加直接,格陵蘭冰蓋完全融解可以引起全球海平面升高約7m,對人類的生存環(huán)境帶來巨大的沖擊。盡管目前格陵蘭冰蓋的消融速度引起的海平面變化僅為約0.5mm/yr,但不斷增加的消融速度卻令人擔憂,人口集中的沿海城市以及南太平洋的一些島國都已經(jīng)受到了威脅。衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為極地研究帶來了突破,特別是衛(wèi)星遙感技術(shù)在海冰覆蓋范圍、冰蓋消融面積以及大氣環(huán)境等方面的大范圍、長期監(jiān)測極大的推動了極地研究的發(fā)展。ICESat衛(wèi)星激光測高技術(shù)的出現(xiàn)則為極地研究提供了新的角度和方法,相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)星雷達測高,激光脈沖光斑小、不穿透雪層的特點以及受坡度影響較小的優(yōu)勢使得ICESat能夠以前所未有的精度獲取兩極的高程信息,為海冰厚度和冰蓋高程變化的確定提供了可靠的數(shù)據(jù)。本論文的主要內(nèi)容是利用ICESat數(shù)據(jù)分析北極地區(qū)冰雪存量的變化,對北極ICESat數(shù)據(jù)的精度和誤差來源進行分析,研究利用ICESat獲取海冰干舷高和冰蓋高程變化的方法,在此基礎(chǔ)上確定北冰洋海面高以及海冰干舷高,探討北冰洋海冰厚度的變化趨勢,確定格陵蘭冰蓋高程和體積變化趨勢,分析冰蓋質(zhì)量損失的情況。具體內(nèi)容包括：1)分析了近年來北冰洋海冰和格陵蘭冰蓋的變化趨勢,闡述了海冰形成和發(fā)展的過程以及與北極氣候環(huán)境相互作用的模式,論述了格陵蘭冰蓋表面消融和質(zhì)量損失的機制；總結(jié)了海冰和冰蓋研究的相關(guān)技術(shù)和研究現(xiàn)狀。2)闡述了ICESat衛(wèi)星激光測高的基本原理,分析討論了ICESat測高的主要誤差源以及任務(wù)期偏差,探討了ICESat冰面觀測值的數(shù)據(jù)編輯方法和準則,對了ICESat測高的精度進行了估計。3)研究了利用ICESat數(shù)據(jù)確定海冰覆蓋區(qū)域海面高的最低面濾波法和經(jīng)驗關(guān)系法,并通過對ICESat海冰測高數(shù)據(jù)波形特征和高程變化的分析,提出確定海面高的波形高程法。通過對數(shù)據(jù)處理過程中產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差進行分析和研究,探討了一些關(guān)鍵參數(shù)的最優(yōu)取值。4)利用2003-2008年ICESat北極海冰測高數(shù)據(jù)確定北冰洋平均海平面,獲得的海面高模型與DTU13海面高模型的差值為9.9±7.1 cm,這一結(jié)果相比國外類似研究的精度更高。同時,利用ICESat數(shù)據(jù)獲得的北冰洋海面高季節(jié)變化與驗潮站結(jié)果一致,驗證了ICESat確定海冰覆蓋的海平面高的能力。由平均海面高和大地水準面得到北冰洋的海面動力地形,結(jié)果有效的反應(yīng)了北極海流的主要特征。5)確定2003-2008年北冰洋海冰干舷高變化,并對其變化趨勢進行了分析。根據(jù)海冰干舷高的概率密度分布,結(jié)合北極氣候變化情況,分析了一年冰與多年冰組成比例的變化。研究了利用干舷高確定海冰厚度的方法,確定北冰洋海冰厚度的變化趨勢,結(jié)果表明北冰洋多年冰厚度以約15cm/yr的速度減少,而一年冰厚度減少的速度則不到4cm/yr。6)研究了利用ICESat軌跡交叉點和重復軌道數(shù)據(jù)確定冰蓋高程變化的方法。通過不同方法的對比,分析了高程變化確定中地面坡度、軌跡排列順序等對計算結(jié)果的影響。7)利用ICESat重復軌道數(shù)據(jù)獲得了2003-2009年格陵蘭冰蓋高程/體積變化,結(jié)果表明格陵蘭冰蓋高程以16.12 cm/yr的速度減少,相當于289.39 km3/yr的體積損失。根據(jù)格陵蘭冰蓋的自然流域劃分,詳細分析格陵蘭冰蓋的變化,探討冰蓋流失的具體情況。
[Abstract]:Polar region is the cold source of global climate, which plays an important driving role in regulating global climate and environmental change. The changes of atmosphere, ocean and glacier in polar regions will directly or indirectly cause global atmospheric circulation and ocean circulation changes. Therefore, polar research is important for understanding and monitoring global climate and environmental change. Significance. In the context of global warming, the Arctic climate system appears extremely fragile, and the rate of temperature rise is much higher than the global average, which highlights the importance and urgency of Arctic research. The melting rate of the Greenland ice sheet has accelerated significantly. Sea ice is a key factor in the Arctic climate system. The ice and snow layers formed by sea ice in the Arctic Ocean not only reduce the Arctic heat from solar radiation, but also block the exchange of heat between the ocean and the atmosphere and help the Arctic maintain a cold climate. The melting of the Greenland ice sheet can cause a global sea-level rise of about 7m, with a huge impact on the human environment. Although the current melting rate of the Greenland ice sheet causes a sea-level change of only about 0.5mm/yr, The development of satellite technology has brought breakthroughs in polar research, especially in the areas of sea ice cover, ice sheet ablation area and atmospheric environment. The emergence of ICESat satellite laser altimetry technology provides a new angle and method for polar research. Compared with traditional satellite radar altimetry, ICESat has the advantages of small laser pulse spot, non-penetrating snow layer and less slope influence, which makes ICESat able to obtain unprecedented precision. Elevation information of the two poles provides reliable data for the determination of sea ice thickness and ice sheet elevation changes. The main content of this paper is to analyze the changes of ice and snow stock in the Arctic region by ICESat data analysis, to analyze the accuracy and error sources of the Arctic ICESat data, and to study the use of ICESat to obtain sea ice freeboard height and ice sheet elevation changes. Methods On this basis, the sea surface height and sea ice freeboard height in the Arctic Ocean were determined, the variation trend of sea ice thickness in the Arctic Ocean was discussed, the variation trend of ice sheet height and volume in Greenland was determined, and the mass loss of ice sheet was analyzed. The process of formation and development and the model of interaction with Arctic climate and environment are discussed. The mechanism of surface melting and mass loss of Greenland ice sheet is discussed. The related technologies and research status of sea ice and ice sheet are summarized. 2) The basic principle of ICESat satellite laser altimetry is expounded, and the main error sources of ICESat altimetry are analyzed and discussed. The method and criterion of ICESat ice surface observation data editing are discussed, and the accuracy of ICESat altimetry is estimated. 3) The lowest surface filtering method and empirical relation method for determining sea surface height in sea ice covered area by ICESat data are studied, and the waveform characteristics and elevation changes of ICESat sea ice altimetry data are analyzed. A waveform elevation method for determining sea surface height is proposed. The optimum values of some key parameters are discussed by analyzing and studying the systematic errors produced in the data processing. 4) The mean sea level of the Arctic Ocean is determined by using the ICESat Arctic sea ice altimetry data from 2003 to 2008. The difference between the sea surface elevation model and the DTU13 sea surface elevation model is 9.9 At the same time, the high seasonal variation of the Arctic Ocean sea surface obtained from ICESat data coincides with the tidal station results, which verifies the ICESat's ability to determine the sea level height covered by sea ice. According to the probability density distribution of sea ice freeboard height and the Arctic climate change, the variation of the composition ratio of annual ice to perennial ice is analyzed. The variation trend of sea ice thickness in the Arctic Ocean is determined. The results show that the perennial ice thickness in the Arctic Ocean decreases at a speed of about 15cm/yr, while the annual ice thickness decreases at a speed of less than 4cm/yr. The results show that the Greenland ice sheet height decreases at a speed of 16.12 cm/yr, equivalent to 289.39 km 3/yr. According to the natural watershed division of the Greenland ice sheet The change of Greenland ice sheet is analyzed in detail, and the specific situation of ice sheet loss is discussed.
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P343.3;P225

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙士青;“工程海冰”新觀點,“渤海海冰”添特色──《工程海冰學概論》簡評[J];海洋學報(中文版);2000年02期

2 康建成;海冰及海冰與海洋、大氣、生物圈國際會議[J];極地研究;2000年03期

3 季順迎,岳前進,姚征;渤海海冰動力學中的粘彈塑性本構(gòu)模型[J];水科學進展;2002年05期

4 康建成;第17屆鄂霍次克海和海冰國際研討會[J];極地研究;2002年01期

5 ;白色災(zāi)害——海冰[J];甘肅科技縱橫;2002年06期

6 康建成,孫波,孫俊英,孟廣琳,GOTO-AZUMA Kumiko,張小偉;北極楚科奇海海冰特征研究——以1999年夏季為例[J];冰川凍土;2002年02期

7 鄧冰,佟凱,張學宏,劉金芳;渤、黃海海冰的變化和預報結(jié)果分析[J];海洋科學進展;2003年02期

8 高振會,楊建強,費立淑;分形分析方法在海冰趨勢預測中的應(yīng)用[J];海洋通報;2003年04期

9 王學忠,孫照渤,胡邦輝;近年來國外海冰模式發(fā)展的回顧[J];南京氣象學院學報;2003年03期

10 肖培弘;海冰,可怕的破壞力[J];海洋世界;2003年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 郭井學;李鑫;席穎;李丙瑞;;雷達技術(shù)在極地海冰厚度探測中的應(yīng)用研究[A];中國地球物理2010——中國地球物理學會第二十六屆年會、中國地震學會第十三次學術(shù)大會論文集[C];2010年

2 武皓微;龐永杰;;海冰的危害及其淡化利用[A];第十五屆中國海洋（岸）工程學術(shù)討論會論文集(中)[C];2011年

3 孫波;何茂兵;康建成;溫家洪;李院生;;探地雷達對北冰洋海冰的探測與分析[A];中國地球物理學會年刊2002——中國地球物理學會第十八屆年會論文集[C];2002年

4 王幫兵;孫波;田鋼;郭井學;張向培;;三維雷達方法探測北極夏季海冰[A];中國地球物理學會第22屆年會論文集[C];2006年

5 郭井學;孫波;;電磁感應(yīng)方法在波西尼亞灣海冰厚度探測中的應(yīng)用[A];中國地球物理學會第二十三屆年會論文集[C];2007年

6 王剛;季順迎;呂和祥;岳前進;;海冰的廣義雙剪粘彈塑性本構(gòu)模型[A];數(shù)學·力學·物理學·高新技術(shù)研究進展——2006（11）卷——中國數(shù)學力學物理學高新技術(shù)交叉研究會第11屆學術(shù)研討會論文集[C];2006年

7 吳輝碇;;海冰動力學過程的數(shù)值模擬[A];面向21世紀的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（上冊）[C];1999年

8 李彥青;蘇潔;汪洋;郭曉葭;翟夢茜;;渤海海冰距離侯平均時間序列構(gòu)建與分析[A];第28屆中國氣象學會年會——S3天氣預報災(zāi)害天氣研究與預報[C];2011年

9 周琳琳;康建成;益建芳;張小偉;;被動微波遙感與南極海冰[A];中國地球物理學會年刊2002——中國地球物理學會第十八屆年會論文集[C];2002年

10 周凱;;基于機載多傳感器系統(tǒng)的海冰航空遙測研究[A];第十四屆全國遙感技術(shù)學術(shù)交流會論文摘要集[C];2003年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 本報記者 周潔;海冰不期而至[N];中國氣象報;2010年

2 記者 馮君　王晨;渤海海冰范圍比常年平均偏大2.1倍[N];中國氣象報;2010年

3 本報記者 張一玲;科學利用海冰資源 淡化研究取得進展[N];中國海洋報;2010年

4 本報記者 鄭楊;海冰預警：科技大顯身手[N];經(jīng)濟日報;2010年

5 海貝;走近海冰[N];中國漁業(yè)報;2010年

6 記者 閆平;海冰淡化離我們還有多遠[N];經(jīng)濟參考報;2010年

7 本報記者 丁雷;海冰——變害為利正當時[N];大連日報;2010年

8 記者 李大慶;我首創(chuàng)利用海冰水灌溉農(nóng)田[N];科技日報;2005年

9 本報特派記者 陳瑜;“行走”海冰上[N];科技日報;2010年

10 通訊員 謝盼　張博;河北：海冰融化影響水產(chǎn)養(yǎng)殖[N];中國氣象報;2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 季順迎;渤海海冰數(shù)值模擬及其工程應(yīng)用[D];大連理工大學;2001年

2 張晰;極化SAR渤海海冰厚度探測研究[D];中國海洋大學;2011年

3 王杭州;海冰基太陽輻照度剖面自動監(jiān)測及校正技術(shù)研究[D];浙江大學;2015年

4 樊婷婷;近30年來南極海冰增長的本質(zhì)特征及其影響機制[D];中國海洋大學;2015年

5 鐘文理;波弗特流渦系統(tǒng)下的加拿大海盆中上層海洋多年變化及其機制[D];中國海洋大學;2015年

6 郝光華;北極海冰密集度反演與季節(jié)性海冰雙模態(tài)特征研究[D];中國海洋大學;2015年

7 季青;基于衛(wèi)星測高技術(shù)的北極海冰厚度時空變化研究[D];武漢大學;2015年

8 陳國棟;利用ICESat數(shù)據(jù)確定北極冰雪消融方法的研究[D];武漢大學;2015年

9 狄少丞;基于GPU并行算法的海洋平臺及船舶結(jié)構(gòu)冰荷載的離散元分析[D];大連理工大學;2015年

10 趙寶剛;渤海遼東灣冰區(qū)工程點雷達海冰監(jiān)測和預報技術(shù)研究[D];大連海事大學;2008年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 張樹剛;夏季北冰洋海冰融化過程中能量分配的研究[D];中國海洋大學;2009年

2 張蕊;北極夏季海冰表面融池形態(tài)分析[D];大連理工大學;2010年

3 宋艷平;極區(qū)油船與冰碰撞的非線性有限元仿真研究[D];大連海事大學;2015年

4 劉立劍;基于C波段PolSAR的多特征融合的海冰厚度反演[D];大連海事大學;2015年

5 李明廣;夏季南極普里茲灣海冰及其光學特征觀測研究[D];大連理工大學;2015年

6 馬珊珊;基于圖像處理的GOCI衛(wèi)星海冰漂移監(jiān)測技術(shù)研究[D];青島科技大學;2015年

7 吳青;基于GOCI衛(wèi)星的渤海海冰漂移監(jiān)測[D];合肥工業(yè)大學;2014年

8 沈楊;結(jié)合MRF與v-SVM的SAR海冰圖像分類[D];合肥工業(yè)大學;2015年

9 劉燦俊;結(jié)合相干斑抑制和區(qū)域生長的SAR海冰圖像MRF分割方法研究[D];合肥工業(yè)大學;2014年

10 昂安;帶有區(qū)域分裂自適應(yīng)細化過程的SAR海冰圖像分割[D];合肥工業(yè)大學;2014年

，

本文編號：2201160