發(fā)布時間：2020-10-22 18:50

　　 北極海冰減退引起了北極放大機(jī)理與全球氣候效應(yīng)。北極海冰的快速變化一方面使得全球?yàn)?zāi)害性事件頻發(fā),另一方面也使北極資源的開采和北極航道的開通成為可能,使國際經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略布局發(fā)生深刻改變。因此,對北極海冰的快速變化進(jìn)行參數(shù)化和模型預(yù)測成為國內(nèi)外的重點(diǎn)研究領(lǐng)域。本文分別以側(cè)向融化過程中的單體海冰和區(qū)域海冰作為研究對象,利用圖像處理技術(shù)對高分辨率海冰衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行海冰幾何參數(shù)提取,分析其演變規(guī)律。北極海冰在每年的循環(huán)演化過程中發(fā)生著重要變化。海冰在生成過程中會形成巨大的冰蓋并覆有大量的積雪,減少了開放水域面積的比例;在消融過程中,冰蓋表面積雪消失,大塊浮冰在波浪作用與自身物理性質(zhì)的影響下發(fā)生破碎,形成更小的浮冰,開放水域面積增加,加速了浮冰的側(cè)向融化。這種演變強(qiáng)烈影響著冰水系統(tǒng)中太陽輻射的分布與作用,從而影響海冰的熱量收支。當(dāng)破碎海冰密集度發(fā)生改變時,其行為特征會發(fā)生相應(yīng)的改變。當(dāng)密集度降低時,破碎海冰之間作用力的傳遞性減弱,應(yīng)力的量級降低;當(dāng)海冰密集度增大時,應(yīng)力的量級顯著增大,海冰之間的相互作用增強(qiáng),個體特征明顯減弱。以上,所有的海冰模式幾乎都離不開對海冰的大小和形態(tài)等幾何參數(shù)的分析。本文首先進(jìn)行遙感圖像處理。對校正后的遙感圖像依次進(jìn)行非線性空域?yàn)V波、空域內(nèi)圖像增強(qiáng)、圖像二值化以及形態(tài)學(xué)處理。在前三個步驟中,對每個噪聲不同的圖像源都采用了不同的方法進(jìn)行處理,在效果比對后擇優(yōu),保證了圖像的精確性。然后對處理后的圖像進(jìn)行幾何參數(shù)的提取,包括:(1)海冰單體側(cè)向融化過程中的面積、周長、長短軸、平均鉗測直徑、形狀因子、延伸率以及圓度;(2)不同力學(xué)主導(dǎo)作用下的區(qū)域海冰的面積密集度、周長密集度、長短軸極值、延伸率均值、形狀因子均值以及圓度均值。得出了海冰在漂流過程中幾何參數(shù)的演變規(guī)律和相關(guān)關(guān)系,同時對各幾何參數(shù)的演變與海冰表面正積溫建立了函數(shù)模式。最后對區(qū)域海冰的尺寸分布特征進(jìn)行了分析,內(nèi)容包括:(1)根據(jù)改進(jìn)的冪函數(shù)推導(dǎo)計(jì)算冪率指數(shù)(即分形維數(shù)),得出不同力學(xué)主導(dǎo)作用下的分形維數(shù)值在2.02~2.09之間,基本保持不變,說明了海冰破碎有很好的分形相似性;(2)利用Weibull分布函數(shù)對區(qū)域海冰進(jìn)行擬合,得出參數(shù)γ取值范圍與參數(shù)的值,說明L_0與平均鉗測直徑均值在區(qū)域海冰演化過程中保持近似相等。對以上兩方面的內(nèi)容與國內(nèi)外相關(guān)研究結(jié)論進(jìn)行了對比與論證。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：P731.15
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外關(guān)于側(cè)向融化的研究進(jìn)展
        1.2.1 數(shù)值模擬
        1.2.2 現(xiàn)場實(shí)測
        1.2.3 實(shí)驗(yàn)室觀測
    1.3 本文主要內(nèi)容
2 海冰遙感圖像處理方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹
    2.2 非線性空域?yàn)V波
        2.2.1 自適應(yīng)濾波
        2.2.2 中值濾波
        2.2.3 濾波效果比對
    2.3 空域內(nèi)的圖像增強(qiáng)
        2.3.1 灰度變換增強(qiáng)
        2.3.2 直方圖均衡化
    2.4 圖像二值化
        2.4.1 K-means算法
        2.4.2 Otsu閾值分割法
        2.4.3 迭代閾值分割法
        2.4.4 二值化效果比對
    2.5 圖像形態(tài)學(xué)處理
        2.5.1 腐蝕與膨脹
        2.5.2 邊界提取與融池剔除
        2.5.3 跨邊界海冰的
    2.6 本章小結(jié)
3 海冰幾何參數(shù)演變規(guī)律分析
    3.1 特征提取
    3.2 單體海冰幾何參數(shù)演變分析
        3.2.1 面積與周長演變分析
        3.2.2 長、短軸與延伸率演變分析
        3.2.3 平均鉗測直徑、圓度與形狀因子演變分析
        3.2.4 冰表氣溫變化與幾何參數(shù)演變之間的關(guān)系
    3.3 漂流區(qū)域海冰幾何參數(shù)演變分析
        3.3.1 面積密集度與周長密集度演變分析
        3.3.2 長軸與短軸的演變分析
        3.3.3 延伸率、圓度及形狀因子演變分析
        3.3.4 冰表溫度與幾何參數(shù)演變之間的關(guān)系
    3.4 本章小結(jié)
4 海冰尺寸分布函數(shù)中參數(shù)演變分析
    4.1 基于冪函數(shù)的尺寸分布分析
        4.1.1 函數(shù)擬合的分形維數(shù)計(jì)算
        4.1.2 冪函數(shù)分布研究結(jié)果的對比分析
    4.2 基于Weibull分布的函數(shù)參數(shù)分析
        4.2.1 Weibull分布參數(shù)的計(jì)算
        4.2.2 Weibull分布研究結(jié)果的對比分析
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2851979