主被動(dòng)微波遙感南極冰蓋凍融探測(cè).pdf

1、南極冰蓋對(duì)全球熱量平衡起著重要作用，控制著大氣與地表的熱量、水汽和能量交換，直接影響著全球大氣環(huán)流和氣候的變化。冰蓋消融將引起冰雪表面濕度的變化，進(jìn)而改變冰流的運(yùn)動(dòng)、加速邊緣冰架的崩塌。因此，探測(cè)南極冰蓋凍融的分布對(duì)于研究全球的氣候變化至關(guān)重要。
　　微波遙感具有全天候、穿透性強(qiáng)以及對(duì)地物介電特性敏感等優(yōu)勢(shì)，是對(duì)地觀測(cè)中十分重要的前沿領(lǐng)域。其中，微波輻射計(jì)的亮度溫度和微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)對(duì)冰蓋液態(tài)水含量的變化非常敏感，隨著融化

2、的開始和結(jié)束，液態(tài)水含量的增大和減小，亮度溫度和后向散射系數(shù)均發(fā)生劇烈變化。論文根據(jù)冰雪微波的這一特性，針對(duì)微波輻射計(jì)和微波散射計(jì)冰蓋凍融探測(cè)算法中存在的問題進(jìn)行研究，同時(shí)開展主被動(dòng)協(xié)同的冰蓋凍融的研究，具體的內(nèi)容如下:
　　(1)分析了微波輻射計(jì)現(xiàn)有的XPGR算法和簡(jiǎn)單物理模型算法在冰蓋凍融探測(cè)中存在的問題，針對(duì)這些問題，提出了改進(jìn)的輻射計(jì)簡(jiǎn)單物理模型算法、XPGR結(jié)合小波變換算法和輻射計(jì)簡(jiǎn)單物理模型結(jié)合小波變換算法。這些算法解

3、決了原算法的實(shí)用性和可操作性差的問題，實(shí)現(xiàn)了南極地區(qū)冰蓋凍融的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。并在此基礎(chǔ)上利用南極自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行了地面驗(yàn)證。地面驗(yàn)證結(jié)果表明，這些算法對(duì)南極冰蓋凍融探測(cè)是有效的。
　　(2)微波散射計(jì)簡(jiǎn)單物理模冰蓋凍融探測(cè)算法確定干濕雪分類閾值時(shí)需實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，為提高其實(shí)用性和可操作性及使用范圍，根據(jù)干濕雪信號(hào)的特征提出了基于廣義高斯模型的自動(dòng)閾值分割的改進(jìn)的散射計(jì)簡(jiǎn)單物理模型冰蓋凍融探測(cè)方法。另外，微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)在冰蓋融化

4、和凍結(jié)時(shí)均有劇烈的變化幅度，而小波變換能靈活地進(jìn)行邊緣提取，基于以上兩點(diǎn)，提出了小波邊緣檢測(cè)的散射計(jì)南極冰蓋凍融探測(cè)算法;此外，冰蓋處于融化狀態(tài)的情況下后向散射系數(shù)易受外界條件的干擾，為了去除這些干擾對(duì)小波邊緣檢測(cè)的冰蓋凍融探測(cè)的影響，提出了數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)結(jié)合小波邊緣檢測(cè)的南極冰蓋凍融算法，這些算法均能自動(dòng)化探測(cè)南極冰蓋凍融，為冰蓋凍融提供了方法學(xué)的支持和補(bǔ)充。
　　(3)在將主被動(dòng)微波結(jié)合進(jìn)行冰蓋凍融探測(cè)的研究方面，一些學(xué)者已做了一

5、定的工作，但所有做法基本上都是分別進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到各自的凍融分布圖，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，在方法學(xué)上沒有將主動(dòng)微波和被動(dòng)微波有機(jī)結(jié)合起來。本文基于微波輻射計(jì)的可靠性和微波散射計(jì)的靈敏性和高空間分辨率，提出了利用小波變換將兩者協(xié)同起來提高冰蓋凍融探測(cè)精度的協(xié)同算法一，即利用微波散射計(jì)靈敏度高能較早地探測(cè)到冰蓋的表面融化和凍結(jié)和微波輻射計(jì)可靠性高能準(zhǔn)確地得到融化區(qū)域。即利用微波輻射計(jì)確定融化區(qū)域，通過微波散射計(jì)確定融化開始和結(jié)束時(shí)間，充

6、分利用兩者的優(yōu)勢(shì)從而有效提高融化開始、結(jié)束和持續(xù)時(shí)間的探測(cè)精度。協(xié)同算法二利用微波輻射計(jì)可靠性高，受粗糙度等外界因素影響較小，微波散射計(jì)空間分辨率高但受外界因素影響較大?；谖⒉ㄝ椛溆?jì)和微波散射計(jì)的簡(jiǎn)單融化物理模型，提出了利用微波輻射計(jì)的可靠性來修正微波散射計(jì)的后向散射系數(shù)的主被動(dòng)協(xié)同的冰蓋凍融探測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面這兩種協(xié)同算法在一定程度上提高了南極冰蓋凍融的探測(cè)精度。
　　(4)分別從空間和時(shí)間上對(duì)南極冰蓋的凍融結(jié)果進(jìn)行了分析