本文選題：合成孔徑雷達　切入點：海冰密集度提取　出處：《中國科學院大學(中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所)》2017年博士論文

【摘要】：作為冰凍圈的重要組成,海冰是全球氣候變化的直接參與者,海冰信息是氣候模型的重要參數(shù)。同時作為氣候變化的敏感因子,近年來夏季北極海冰分布范圍大幅減小,海冰厚度明顯變薄,北極航運活動的開展也因此愈加頻繁,海冰信息可以為安全航運提供保障。因此,海冰信息的準確獲取無論對于科學研究還是生產(chǎn)生活都有重大意義。描述海冰的重要信息有海冰密集度、海冰類型、海冰厚度、海冰運動信息等,遙感已經(jīng)成為獲取這些信息的重要手段,例如,輻射計是目前海冰密集度產(chǎn)品的主要數(shù)據(jù)源。但是,幾公里到幾十公里的空間分辨率已經(jīng)無法滿足高精度氣候模型預測和北極航運安全的要求。隨著以數(shù)字波束形成(DBF)、多發(fā)多收(MIMO)技術為代表的合成孔徑雷達(synthetic aperture radar,SAR)的快速發(fā)展,SAR獲取兼具超寬幅和高分辨率數(shù)據(jù)的能力也在逐步提升,這一優(yōu)勢吸引了人們對SAR海冰監(jiān)測的關注。由于寬幅SAR是業(yè)務化區(qū)域海冰監(jiān)測的首選,因此,基于寬幅SAR數(shù)據(jù)的海冰信息提取研究是近期海冰遙感研究的熱點,其成果會提高海冰監(jiān)測的準確度,進而為氣候變化研究和極地航運安全提供有效的數(shù)據(jù)支持。本文結(jié)合ASAR、RADARSAT-2、TerraSAR-X、Sentinel-1A多種不同波段、不同極化星載寬幅SAR數(shù)據(jù),開展了海冰密集度信息自動提取研究、海冰類型識別研究、海冰運動信息提取研究,以及海冰面積通量估算研究工作,提取了高精度的海冰狀態(tài)、類型、動態(tài)等多種信息。這些信息是估算海冰質(zhì)量平衡的關鍵參數(shù),對于海冰熱力學和動力學研究以及氣候變化研究都具有重要意義。論文主要研究成果和創(chuàng)新點如下:(1)提出了結(jié)合冰水入射角敏感度差異的海冰密集度信息自動提取算法。是針對寬幅數(shù)據(jù)的寬入射角區(qū)間帶來的海冰海水后向散射系數(shù)變化大且重疊的現(xiàn)象,充分利用了寬入射角區(qū)間的數(shù)據(jù)優(yōu)勢,首次引入入射角敏感度,與后向散射系數(shù)和相異性特征結(jié)合,以提取浮冰外緣線和識別冰間水道,并在此基礎上進一步提取了海冰密集度。該方法可以實現(xiàn)自動提取,并且普適性較高,經(jīng)驗證,適用于HH和VV極化、多個地區(qū)和多種星載SAR傳感器的寬幅數(shù)據(jù)。(2)建立了顧及紋理與扇貝效應和子帶拼接條紋的海冰類型識別方法。針對VV極化下的TerraSAR-X寬幅數(shù)據(jù)中扇貝效應和子帶拼接條紋相對嚴重的問題,探討了兩種條紋對海冰類型識別的影響,發(fā)現(xiàn)灰度共生矩陣在豐富海冰類型識別信息的同時會對兩種條紋起到放大的效果。為解決這一問題,建立了結(jié)合卡爾曼濾波、海冰密集度、灰度共生矩陣、支持向量機的海冰分類方法,經(jīng)驗證,該方法可以有效抑制扇貝效應和子帶拼接條紋對寬幅SAR海冰類型識別的影響,提高了星載SAR海冰監(jiān)測的準確度。(3)提出了結(jié)合海冰密集度的海冰類型識別方法。針對部分海冰類型在HH和HV極化下SAR后向散射特征相似而導致分類混淆的問題,引入了基于本文算法提取的海冰密集度信息作為海冰類型識別依據(jù),海冰密集度的引入降低了海冰錯分為海水的比例,同時提高了蓮葉冰的識別準確度。結(jié)合海冰類型識別方法,開展了連續(xù)時相SAR數(shù)據(jù)的海冰分類應用案例研究�；谶B續(xù)時相SAR數(shù)據(jù)獲取的海冰類型與海冰漂移速度信息,結(jié)合風場和流場信息,對雪龍?zhí)栍鲭U期間海冰動態(tài)變化過程進行了解譯,拓展了SAR在海冰動力過程解譯中的應用。(4)發(fā)展了協(xié)同多種SAR海冰信息的海冰面積通量估算方法。針對海冰面積通量估算研究中存在的常用數(shù)據(jù)源空間分辨率較低的問題,本文協(xié)同海冰密集度、海冰類型、海冰漂移速度等參數(shù),提出了完全基于SAR數(shù)據(jù)的海冰面積通量估算方法,探索了多種SAR海冰參數(shù)協(xié)同提取海冰信息的新方向。該方法應用到Sentinel-1A數(shù)據(jù),對2016年弗拉姆海峽海冰面積通量年內(nèi)變化進行了估算。結(jié)果顯示,6月和8月中旬的海冰面積通量最低,2月和4月中旬高于10月和12月。本文的成果為高精度海冰信息提取提供了SAR方法論支持,為SAR在海冰動力學研究中的應用探索了新方向,對于拓展SAR海冰研究、SAR應用方法論以及推動氣候變化相關研究具有重要意義。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P731.15

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