本文選題：南北極 + 海冰�。� 參考：《武漢大學》2016年博士論文

【摘要】：南北極是地球系統(tǒng)的重要組成部分,它們的變化與全球海面變化、大氣動力學狀態(tài)的改變、海洋環(huán)流模式的變化等都有著緊密的聯(lián)系,對研究全球氣候變化具有重大意義。海冰是極區(qū)最活躍易變的成分,它能夠隔絕大氣和海洋從而影響它們的熱交換,對區(qū)域乃至全球的氣候狀態(tài)和變化起著極其重要的作用。海冰密集度和海冰范圍又是極區(qū)海冰研究中的重要指標,是指示極區(qū)海冰表面變化最直觀的參數(shù)。因此,精確地估算海冰密集度、研究海冰密集度和海冰范圍時序變化及其與南方濤動指數(shù)、北極濤動和全球平均海平面高度等氣候參數(shù)的關(guān)系是現(xiàn)階段海冰研究的重點。微波能穿透云層且受天氣的影響非常小,數(shù)據(jù)可以免費獲取且覆蓋范圍廣,因此被動微波遙感技術(shù)成為極區(qū)大范圍海冰監(jiān)測的主要手段。已有的利用被動微波輻射計數(shù)據(jù)的海冰密集度估算方法已有十余種,其中一部分估算方法基于海冰密集度估算方程并結(jié)合不同地物在被動微波輻射計數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出的極化特征和極化差異,這類方法可以獲得更多類型海冰的密集度結(jié)果,但估算結(jié)果存在高估和低估的問題。本研究以海冰密集度估算方程為基礎(chǔ),建立了基于全約束最小二乘的海冰密集度估算方法(FCLS算法)。該方法以海冰密集度估算方程為基礎(chǔ),依據(jù)求解參數(shù)的實際意義進行約束,再引入全約束最小二乘對海冰密集度參數(shù)方程進行求解,最終克服了海冰密集度結(jié)果高估和低估的問題。通過海冰密集度產(chǎn)品可以獲得海冰范圍、海冰面積、海冰外緣線等多個海冰參數(shù),因此該產(chǎn)品的精度將直接影響后續(xù)研究的準確性。海冰密集度算法的驗證工作已經(jīng)取得了一定的成果,但是比較片面。該片面性主要表現(xiàn)在：利用多源驗證數(shù)據(jù)(實測數(shù)據(jù)和其它遙感數(shù)據(jù)估算得到的結(jié)果)同時對幾種算法進行精度評定的工作還較少；不同算法應(yīng)用于多種被動微波輻射計數(shù)據(jù)的精度的交叉對比分析等工作也較少。因此,本研究利用多源驗證數(shù)據(jù)對Bootstrap、NASA Team和基于FCLS的海冰密集度估算方法應(yīng)用于兩種被動微波輻射計數(shù)據(jù)(SSM/I和AMSR-E)的精度進行交叉對比驗證和分析。驗證結(jié)果顯示,FCLS方法能獲得較Bootstrap和Nasa Team方法更高的精度,其均方根誤差在5%至18.4%之間。其中,利用MODIS數(shù)據(jù)估算得到的海冰密集度比較所得均方根誤差在5%至6.26%之間,與ASPeCt驗證均方根誤差在7.7%至18.4%之間；Bootstrap、NT和FCLS三種算法應(yīng)用于SSM/I和AMSR-E的結(jié)果與ASPeCt驗證比較顯示,FCLS估算得到的海冰密集度最小偏差在-0.19%至-0.84%之間,均方根誤差在5.96%至6.21%之間,優(yōu)于Bootstrap和NASA Team方法。海冰變化的時序研究以及它在全球氣候變化環(huán)境下的異常研究是本研究的最終落腳點。本研究利用多種數(shù)學方法從全極區(qū)和區(qū)域的角度分別研究1979年至2014年間南北極海冰變化,并結(jié)合南方濤動指數(shù)、北極濤動和全球平均海平面高度等數(shù)據(jù)研究海冰變化和氣候變化之間的相關(guān)性。研究結(jié)果表明,南極海冰密集度變化率分布在-1.4%至1.03%之間,除西南極海冰密集度減少外,其它區(qū)域海冰密集度均呈現(xiàn)略微增加的趨勢；北極海冰密集度變化率分布在-2.03%至1.06%之間,大部分區(qū)域海冰密集度呈現(xiàn)明顯的減小趨勢。除了Amundsen海域的海冰略微減少外,其它海域以及南極海冰范圍整體呈增加的態(tài)勢,而北極海冰范圍則呈減少的態(tài)勢。南北極海冰范圍變化與SOI、AO和GMSL有一定的相關(guān)性,其中,與SOI、AO有較明顯的年周期關(guān)系。
[Abstract]:Sea ice concentration is the most active and volatile component of sea ice .
The results show that FCLS method can obtain higher accuracy for both passive microwave radiometer data ( SSM / I and AMSR - E ) . The results show that FCLS method can obtain higher accuracy of both passive microwave radiometer data ( SSM / I and AMSR - E ) . The results show that FCLS method can obtain higher accuracy of both passive microwave radiometer data ( SSM / I and AMSR - E ) .
The results of bootstrap , NT and FCLS are applied to the results of SSM / I and AMSR - E and ASPeCt verification shows that the minimum deviation of sea ice concentration obtained by FCLS is between - 0.19 % and - 0.84 % , the root mean square error is between - 0.19 % and - 0.84 % , the root mean square error is between 5.96 % and 6.21 % .
In addition to the slight decrease of sea ice in Amundsen sea area , the sea ice concentration in other sea areas and Antarctic sea ice is increased , while the Arctic sea ice range decreases . The change of Arctic sea ice range has some correlation with SOI , AO and GMs , among which , there is a significant annual cycle relationship with SOI , AO .

【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P731.15

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