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基于多源遥感影像的北极海冰时序变化分析研究

刘一君  
【摘要】:海冰是极区最活跃易变的成分,是海气交界面具有热力隔绝效应的区域,它通过热力学、动力学过程以及在时空上的反馈机制直接影响海洋和大气的能量交换和物质交换,对区域乃至全球的气候状态和变化起着极其重要的作用。随着北极地区温度的逐渐升高,北极海冰正在快速融化,海冰覆盖面积迅速减少,海冰厚度逐渐变薄,大量多年冰转化为一年冰。通过对北极不同类型的海冰进行提取,能够得到其面积与空间分布的详细情况。再对提取结果进行时序变化分析,能够更加了解北极不同类型海冰的变化趋势与相互转化过程。一方面本文基于全约束最小二乘算法对SSM/I、SSMIS被动微波数据进行北极海冰提取,分别对一年冰、多年冰进行了覆盖面积及空间分布的时序分析,最后加入温度、风场等气象参数进行了相关性研究。研究发现从2004年至2015年,2004年10月至2005年5月的一年冰面积最低而其多年冰面积最高。多年冰面积最低的时期为2011年10月至2012年5月。一年冰面积与多年冰面积有着非常显著的负相关性,另外多年冰面积的变化趋势更能体现同时期总海冰面积的变化趋势。研究还发现,多年冰面积和空间分布与气温有很高的相关性,且其空间"层状"分布与气温"层状"分布很相似。一年冰的分布与风场有一定的相关性,不过其影响是局部的。另一方面本文基于阈值分割的方法对MODIS数据进行了北极新冰的提取,同样对其进行了覆盖面积及空间分布的时序分析,最后结合北极地区多个站点的近地表气温数据,分析其相关性。研究发现,北极一部分区域的新冰多分布在沿岸边缘,比如格陵兰海海域、巴芬湾海域;而其他区域的新冰多分布在中高纬海域上,离岸较远。研究还发现,北极新冰面积的变化从6月到9月总体上是一个略微增大的趋势,而北极总海冰面积在6月到9月是急剧减小的。相比于2004年,2012年的北极总海冰面积减少明显,而新冰减少缓慢,这是因为总海冰面积减少的主要贡献者为多年冰,而多年冰的融化为新冰的形成创造了条件。此外北极各个区域新冰覆盖面积的变化与所各区域近地表温度的变化有一定的关联。


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