發(fā)布時間：2020-10-22 10:59

　　 海冰是全球氣候系統(tǒng)的重要成分。海冰表面的反照率比開闊海面的要高得多,于是入射的大部分太陽輻射都被海冰反射回去。同時,海冰在海洋和大氣之間形成一層薄膜,能夠阻礙海氣之間的熱量和動量交換。海冰的變化能夠強(qiáng)烈影響到極地的大氣,進(jìn)而導(dǎo)致全球的氣候變化,因此越來越多的人們開始關(guān)注海冰的研究。海冰又可分為一年冰和多年冰,兩者的總和叫做整體海冰。研究海冰主要有三種途經(jīng):現(xiàn)場觀測、衛(wèi)星遙感和模式。衛(wèi)星遙感是能夠?qū)φ麄�地球進(jìn)行每天觀測的惟一方式。而在衛(wèi)星傳感器中,微波輻射計(jì)的應(yīng)用最為廣泛,因?yàn)樗皇芸梢姽獾挠绊?在白天和黑夜都能工作,并且能夠穿透云層探測到地面的信息。另外,利用被動微波遙感技術(shù)來觀測兩極地區(qū)已經(jīng)有三十幾年的歷史。 在這篇論文中,我們利用微波輻射計(jì)AMSR-E的89 GHz的高分辨率亮溫?cái)?shù)據(jù)來反演北極的整體海冰和多年冰。大部分海冰反演算法使用AMSR-E低頻段的數(shù)據(jù),其分辨率甚至不到89 GHz的一半。利用AMSR-E 89 GHz的數(shù)據(jù)來反演整體海冰已經(jīng)有成熟的算法,但是對于多年冰的反演現(xiàn)有的研究成果很少。在這篇論文中,對于三個已知表面類型的區(qū)域(一年冰、多年冰和開闊海面)分析了AMSR-E 89 GHz的亮溫?cái)?shù)據(jù),根據(jù)這三種表面類型不同的亮溫和極化差異特征,提出一種新的算法,并且用這種算法計(jì)算了2007年每日北極的整體海冰和多年冰的密集度分布圖以及分布面積的時間序列。計(jì)算結(jié)果顯示,2007年北極最大海冰分布面積為1400萬km2,最小分布面積為400萬km2,與其它研究結(jié)果一致。將結(jié)果與采用NASA TEAM算法(整體海冰和多年冰)、ASI算法(整體海冰)和Lomax算法(多年冰)得到的結(jié)果相比較,發(fā)現(xiàn)幾種算法得到的整體海冰結(jié)果基本一致,ASI算法給出的結(jié)果在整年內(nèi)都比本文提出的新算法和NASA TEAM算法的結(jié)果大。平均來講,在2007年,ASI算法計(jì)算的結(jié)果比新算法多1.52%的海冰密集度和58萬km2的海冰分布面積。而新算法的結(jié)果又比NASA TEAM算法的結(jié)果多8.78%的密集度和25萬km2。另外,這種新算法和NASA TEAM算法的整體海冰結(jié)果在冬季較為接近,夏季差異較大,可能的原因是NASA TEAM算法利用低頻段的數(shù)據(jù)而新算法利用對大氣影響更為敏感的高頻段的數(shù)據(jù)。對于多年冰,幾種算法給出的結(jié)果有很大不同。Lomax算法的結(jié)果最高,NASA TEAM算法的結(jié)果最低,本文新算法的結(jié)果處于兩者之間。統(tǒng)計(jì)上來講,新算法的結(jié)果比NASA TEAM算法的結(jié)果多28.27%的密集度和138萬km2的海冰分布面積,比Lomax算法的結(jié)果少0.09%的密集度和110萬km2的分布面積�？紤]到NASA TEAM算法已經(jīng)被提出很多年,并且在這幾種算法中經(jīng)過最多驗(yàn)證,我們把它作為參考,提出本文的新算法比Lomax算法更接近這個參考值。但是,新算法和Lomax算法共同的一個缺點(diǎn)是,計(jì)算的多年冰分布面積在冬季大幅增加,尤其是Lomax算法。這是不符合物理實(shí)際的。NASA TEAM算法的結(jié)果也有增加的趨勢,但是少得多。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)可能與某些冬季月份亮溫的變化有關(guān),而亮溫的變化又與表面溫度的變化有所關(guān)聯(lián)。 總而言之,本文提出的新算法能夠較好地反演整體海冰,但是對多年冰的反演還可以提高,例如將亮溫轉(zhuǎn)換為一個對于物理溫度不太敏感的變量,以及利用實(shí)測資料來校正反演結(jié)果。
【學(xué)位單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：P731.15
【部分圖文】：

圖 1-1 全球熱鹽環(huán)流(http://en.wikipedia.org/)又可分為多年冰（Multi-year Ice）和一年冰（Firstyear I冰的總和叫做整體海冰（Total Ice）。多年冰和一年冰在冰輻射發(fā)射率等方面均不同，對于海冰覆蓋地區(qū)的海氣熱量交年冰的分布趨勢對于氣候變化也有一定的指示作用。所以研有很重要的理論價(jià)值[5]。同時，一年冰在夏季會融化為海水知道了一年冰的分布范圍，那么對于科考隊(duì)和航海者來說一年冰區(qū)進(jìn)入極地，極大地縮短航行路線和時間，減少投資度的實(shí)測資料很少，計(jì)算出的多年冰的密集度也可以作為很多入文件。所以，分別研究多年冰和一年冰也有很重要的實(shí)際進(jìn)展

從字面上來看，就是指海水凝結(jié)所形成的冰。海冰在相對溫暖的海洋和相對寒冷的大氣中間形成一個邊界層，于是會影響大氣和海洋的能量交換。海冰的形成、生長以及融化消失都在海洋中進(jìn)行。由于海水中含有鹽份，所以海冰的形成溫度大約為-1.8°。平均來講，地球表面的海冰面積為 2500 萬 km2，占全球海洋面積的 5%-8%[11]，主要集中與兩極地區(qū)。在北半球，海冰能向南延伸到中國渤海灣（大約 38°N），與赤道的距離比與北極的距離要近大約 700km。但是在南半球，海冰只出現(xiàn)在南極洲周圍，向北也只能延伸到 55°S。海水的結(jié)冰過程和淡水不同。淡水在溫度臨近冰點(diǎn)的時候,密度會變小。于是在河流和湖泊，低溫低密度的淡水會聚積在表面，形成冰層。而海水由于其中鹽份的存在，在溫度臨近冰點(diǎn)的時候，海水的密度增加并沉降到深層，如圖 2-1。海水在其溫度達(dá)到冰點(diǎn)之前就開始離開海水表面下沉，于是相對于淡水來說，海水結(jié)冰要難得多。同時，海水的冰點(diǎn)比淡水要低，約為-1.8℃。由于海洋的深度，要達(dá)到冰點(diǎn)很難，其表層的 100m-150m 海水都要被冷卻到冰點(diǎn)才能形成海冰。

成大片連續(xù)的薄冰叫做尼羅冰(Nilas),尼羅冰由于海流和風(fēng)的作用而互相疊加，這個過程叫做疊擠（rafting）。隨著尼羅冰厚度的增加，其顏色由最初的暗色逐漸變?yōu)榘咨�，并形成更加穩(wěn)定的底面光滑的冰層，叫做凍結(jié)冰（congelationice）。如果海表面較為粗糙，冰晶會聚積形成圓盤狀，稱為餅冰（pancakes），又叫蓮葉冰。餅冰由于海洋中波動的作用互相碰撞疊擠，最終互相粘合凝結(jié)成更穩(wěn)定的冰層。如果海冰的碰撞運(yùn)動足夠激烈，便會出現(xiàn)疊擠。如果海冰足夠厚，便會彎曲變形或者破裂并且堆積在表面，這叫做隆脊（ridging）。之后餅冰通過接合（cementing，consolidation）在一起形成片冰（sheet ice）。
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本文編號：2851506