基于FY-3C MWRI數(shù)據(jù)的南極海冰密集度反演

康健強(qiáng) 王星東 李國(guó)應(yīng)

摘 要：基于2018年9月的風(fēng)云3號(hào)C星（FY-3C）微波成像儀（MWRI）數(shù)據(jù)，通過(guò)LASI算法對(duì)南極海冰密集度進(jìn)行反演，并將結(jié)果與德國(guó)布萊梅大學(xué)提供的同期海冰密集度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明：基于FY-3 CMWRI數(shù)據(jù)的海冰密集度反演結(jié)果與布萊梅大學(xué)的海冰密集度結(jié)果基本相同，9月平均海冰密集度分別為0.888和0.901，兩者相差1.44%;平均海冰面積分別為15.635×106km2和16.374×106km2，兩者相差4.52%;海冰面積趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.91。因此，基于FY-3C MWRI數(shù)據(jù)的LASI算法反演海冰密集度是可行的。

關(guān)鍵詞：FY-3C MWRI;LASI算法;海冰密集度

中圖分類(lèi)號(hào)：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0147-03

Inversion of Antarctic Sea Ice Concentration Based on FY-3C MWRI Data

KANG Jianqiang WANG Xingdong Li Guoying

（College of Information Science and Engineering， Henan University of Technology，Zhengzhou Henan 450001）

Abstract： Based on microwave imager （MWRI） data of Fengyun 3 C （FY-3C） satellite in September 2018， LASI algorithm was used to study the inversion of Antarctic sea ice concentration， and the results were compared with the results of the sea ice concentration provided by the University of Bremen， Germany. The results show that the results based on FY-3C MWRI data are basically the results of Bremen University. The average sea ice concentration in September is 0.888 and 0.901， respectively， and there is a difference about 1.44%. The average sea ice areas are 15.635×106km2 and 16.374×106km2， respectively， and there is a difference about 4.52%， and the correlation coefficient is 0.91 between them. Therefore， it is feasible to the inversion of sea ice concentration based on the LASI algorithm and FY-3C MWRI data.

Keywords： FY-3CMWRI;LASI algorithm;sea ice concentration

近年來(lái)，全球變暖的趨勢(shì)愈加明顯，重大災(zāi)害頻發(fā)，極端天氣屢屢出現(xiàn)。南極海冰地區(qū)作為地球上最大的季節(jié)性變化地表之一，人們一直將其作為觀察、研究全球氣候變化的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而海冰數(shù)據(jù)也是人們進(jìn)行極地考察、船舶航行的重要參考資料[1，2]。

本研究是基于國(guó)產(chǎn)的FY-3C MWRI的89GHz高頻段數(shù)據(jù)對(duì)南極海冰密集度進(jìn)行反演，并對(duì)海冰的分布、海冰面積、海冰密集度反演結(jié)果等與國(guó)外的AMSR-E數(shù)據(jù)的結(jié)果進(jìn)行直觀對(duì)比分析驗(yàn)證。

1 海冰密集度反演

1.1 極化差與系點(diǎn)值的求取

極化是用于描述電磁波的震蕩方位的一個(gè)參數(shù)。極化差是水平極化亮溫和垂直極化亮溫的差值。在FY-3C MWRI數(shù)據(jù)所有頻段中，89GHz具有最高的空間分辨率。冰的發(fā)射率的極化差值基本一致且遠(yuǎn)低于開(kāi)放水域。

為了得到完整而準(zhǔn)確的水、冰的系點(diǎn)值，選擇兩個(gè)較為典型的海域（純海水區(qū)域選取南太平洋部分海域，純冰區(qū)域選取威德?tīng)柡２糠趾Ｓ颍?，最終計(jì)算得到基于FY-3C MWRI數(shù)據(jù)89GHz的純水系點(diǎn)值[P0]為52.2K，而純冰的系點(diǎn)值[P1]的平均結(jié)果為11.3K。

1.2 確定海冰密集度計(jì)算公式

將上述得到的[P0]、[P1]值，運(yùn)用插值的方法，確定基于FY-3衛(wèi)星MWRI數(shù)據(jù)的LASI[3]海冰密集度反演公式?；贔Y-3 MWRI數(shù)據(jù)的LASI海冰密集度C的表達(dá)式為：

[C=-P40.9+1.28] ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

高頻數(shù)據(jù)受大氣中云層液態(tài)水和海面水蒸氣的影響較大，特別是無(wú)冰海面上的氣旋會(huì)減弱海水表面的極化差異，使這部分海水像元接近海冰的極化差異，可能導(dǎo)致該部分海水被誤判為海冰。因此，使用天氣濾波器去除因誤差計(jì)算出的海冰是有必要的。

利用GR（37/19）過(guò)濾云中液態(tài)水的影響：

[GR37/19=Tb37V-Tb19VTb37V+Tb19V≥0.045→C=0] ? ?（2）

利用GR（23/19）去除海水表面大量水蒸氣的影響：

[GR23/19=Tb23V-Tb19VTb23V+Tb19V≥0.04→C=0] ? （3）

經(jīng)過(guò)以上兩次處理，可去除大部分云層液態(tài)水和海面水蒸氣的影響。

綜上所述，海冰密集度反演的基本步驟如下。①數(shù)據(jù)預(yù)處理：對(duì)MWRI的89GHz數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接、裁剪、輻射校正和陸地掩膜等;②計(jì)算極化差：利用89GHz的垂直極化和水平極化計(jì)算極化差[P=89V-89H];③確定純水和純冰的平均系點(diǎn)值：選擇典型樣本區(qū)域，基于LASI算法求得純水、純冰的系點(diǎn)值;④得到海冰分布圖：基于LASI算法和天氣過(guò)濾器，得到MWRI數(shù)據(jù)的南極海冰密集度結(jié)果圖;⑤驗(yàn)證：將所得結(jié)果與AMSR-E數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

2 結(jié)果與驗(yàn)證

FY-3C MWRI數(shù)據(jù)2018年9月平均海冰密集度結(jié)果與布萊梅大學(xué)的海冰密集度結(jié)果如圖1所示。

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圖1 MWRI與德國(guó)不萊梅大學(xué)2018年9月月平均南極海冰密集度結(jié)果

注：左為MWRI數(shù)據(jù)LASI算法結(jié)果;右為不萊梅大學(xué)結(jié)果。

為了更加直觀地對(duì)兩種結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，表1對(duì)海冰密集度與海冰面積進(jìn)行了逐日對(duì)比。

從表1可以看出，MWRI數(shù)據(jù)的月平均海冰密集度為0.888，不萊梅的結(jié)果為0.901，兩者相差約1.44%;MWRI數(shù)據(jù)結(jié)果的極差與不萊梅的結(jié)果的極差均為0.040。AMSR-E數(shù)據(jù)的極差為0.040;月平均海冰面積MWRI數(shù)據(jù)的結(jié)果為15.635×106km2，不萊梅的結(jié)果為16.374×106km2，兩者相差約4.52%，且二者海冰面積趨勢(shì)的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.91。綜上可知，兩者結(jié)果基本一致，說(shuō)明本文的方法是可行的。

3 結(jié)語(yǔ)

在確定純水和純冰系點(diǎn)值的基礎(chǔ)上，得到了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星FY-3C MWRI的南極海冰密集度反演公式系數(shù)（基于LASI算法），進(jìn)而得到基于FY-3C MWRI數(shù)據(jù)的海冰密度度反演結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上與德國(guó)不萊梅海冰密集度結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。結(jié)果表明，本文方法是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]Zwally H J， Comiso J C， Parkinson C L， et al. Variability of Antarctic sea ice 1979—1998[J].Journal of Geophysical Research： Oceans，2002（C5）.

[2]趙杰臣，李子軒，李杰，等.HY-2衛(wèi)星反演海冰密集度在北極地區(qū)的適用性評(píng)估[J].海洋預(yù)報(bào)，2018（6）：84-91.

[3]YU Qinglong， WANG Hui， WAN Liying， BI Haibo. Retrieving the antarctic sea-ice concentration based on AMSR-E 89 GHz data[J]. Acta Oceanologica Sinica，2013（9）：38-43.