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1、海洋预报 MARINE FORECASTS 海洋预报 MARINE FORECASTS 海洋预报 MARINE FORECASTS 9 海洋预报 MARINE FORECASTS Vol. 23, No. 4 9 第 23 卷 第 4 期 2 0 0 6年 11 月Nov. 2 0 0 6 9 9 遥感技术在我国海冰研究方面的进展 国巧真, 陈云浩, 李京, 格日乐, 史晓霞 （北京师范大学 资源学院 环境演变与自然灾害教育部重点实验室，北京 100875） 摘 要：本文首先对遥感技术在我国海冰研究中的发展情况作了详细地论述，并介绍了几种 常用于海冰研究的遥感数据；其次，从海冰厚度识别、海冰运
2、动速度矢量计算、海冰资源量 测算以及海冰灾害监测等四个方面，简单论述了遥感技术在海冰研究中的应用。最后，以渤 海海冰为例，阐述了遥感技术的具体应用，同时指出了今后的发展方向。 关键词：海冰；遥感技术；AVHRR；MODIS；SAR；TM 中图分类号：P731文献标识码：A 文章编号：1003 0239（2006）4 0095 09 引言 海冰作为全球海-气系统的一员，与海洋和大气相互作用，对全球气候变化产生了 重大影响。我国渤海和黄海北部历年出现不同程度的冻结，其冰情的变化与全球气候变 化有密切关系。遥感技术在海冰灾害监测和资源测算方面起到很大作用。如历史上多次 出现的冰情，造成钻井平台倒塌、
3、船舶破坏、航运中断等严重海冰灾害。自1969年特大 冰封以来，我国海冰监测、预报和研究工作全面地开展起来。在海冰常规观测基础上， 进一步开展了卫星和航空遥感技术的应用研究。由于我国北方沿海地带淡水资源缺乏， 海水又是该地区不可直接利用的水资源，而海冰作为淡水资源，利用遥感影像数据测算 海冰资源量是非常可行的。可见，遥感技术在海冰研究方面应用前景广阔。 遥感技术在我国海冰研究方面的情况 (1) 我国自 1949 年扩充和建立了一些海洋站、逐渐完善了海洋观测网，标志着海冰 观测、调查和预报逐步开展起来。1958 年进行了全国性海洋普查，其中冬季海冰观测是 主要任务之一。 1969年 2 月渤海大冰
4、封期间， 使用了船舶和飞机进行冰情观测。 1971 年开始使用破冰船调查，1973 年起飞机航测被正式列入海冰监测业务。 (2) 1973 年开始，接收卫星图像进行冰情分析和利用卫星遥感时空图像，对 NOAA 卫星的 AVHRR 五个通道数据进行分析研究，得到了海冰分布与分类，提取了在晴空天 气下的海冰特征参数，初步建立了渤海海冰卫星遥感监测业务化系统，完成了NOAA/ GMS 卫星数据采集自动化， 遥感产品实现部门间的资源共享和网络传输。 并利用 ERS_1 收稿日期：2006-03-14；修订日期：2006-11-07 作者简介：国巧真 (1979-), 女, 现就读于北京师范大学资源学院
5、, 博士研究生,从事资源与环境遥感监测方面的 研究，正在做海冰方面的项目。 海洋预报9623 卷 微波辐射计(ATSR/M)和高度计及 SAR 数据进行渤海海冰遥感分析。 (3) 1985 年 2 月，国家海洋局在渤海辽东湾和渤海湾使用国产设备进行了我国首次 海冰航空遥感试验，对多种航空遥感测冰传感器 （如侧视雷达、多光谱扫描仪、彩红外 相机、微波辐射计、红外辐射计等） 测冰技术进行了研究，并获得了渤海海冰类型、冰 块大小、冰厚和冰温等遥感数据和图像资料 1。 (4) 1995 年，海冰航空遥感监测技术实时传输系统用在了我国渤海和黄海北部及辽 东湾每年冬季的结冰监测，对海上港湾建设，交通运输，
6、油气开发等有直接影响。特别 是遇灾害冰情年份，决策部门及用户能够快速准确观察到冰情发展等多种信息。该系统 填补了国内航空遥感监测短波实时传输数据的空白，解决了远距离移动通信及采用多种 纠错方法的数据传输 2。 常用的几种遥感数据 数据 NOAA/AVHRR 改进型甚高分辨率辐射仪是一台旋转平面式光学机械扫描仪。扫描 角55.4，扫描带宽 2800km，成像面积大，利于获得宏观同步信息。它有四个特点：(1) AVHRR选用可见光热红外(0.58 12.5 m) 5 个波段； (2)AVHRR 的空间分辨率是变化 的，星下点处为 1.1km，远离星下点处约为 4km；(3)AVHRR 具有较高的辐
7、射分辨率；(4) NOAA/AVHRR 的扫描角大(55.4)，扫描带宽(约 2800km)。鉴于 NOAA/AVHRR 数据的 这些特点，用此数据进行海冰的研究工作是可行的。表 1 为 NOAA/AVHRR 数据的波段 与应用领域，图 1 和图 2 是渤海海冰的 NOAA/AVHRR 数据。 表数据的波段与应用领域 NOAA/AVHRR主要应用领域 0.58 0.68海洋水色、叶绿素、泥沙、海冰、海洋污染、陆地表面、植被 0.725 1.10植被、水陆边界、海冰、滩涂、大气状况 1.58 1.68 土壤湿度、植物含水量、云雪识别、高温热点、夜间成像 3.55 3.93 10.5 11.3 地
8、球背景湿度场、热污染、海温、海流和涡旋 11.5 12.5 数据 MODIS 是中等分辨率的航天成像光谱仪，具有 5 个特点：(1) 36 个光谱通道 (0.4 14.3 m)；(2) 空间分辨率 CH1 2 为 250m；CH3 7 为 500m，其余为 1000m；(3)宽视 域 (扫描角55)，太阳天顶角与观测天顶角变化大；(4)MODIS 在对地观测中，每秒可 同时获得 6.1MB 的来自大气、海洋、陆地表面的信息；(5) 具有较高的辐射分辨率 3。目 前国家卫星海洋应用中心可以获得 Terra 和 Aqua 两颗卫星的 MODIS 实时数据，两颗卫 97 国巧真， 等：遥感技术在我国
9、海冰研究方面的进展 4期 星在时间上具有补充作用，增强了渤海海冰遥感资料。同时，通过渤海海冰监测的图像 产品和数值产品，可以获得定性和定量两个方面的渤海海冰的实时信息，增加了海冰预 报的手段和方法，为海冰预报的实时性和准确性提供了大量有用信息，图 3 和图 4 为渤 海海冰的 MODIS 图像，图 5 为辽东湾海冰的 TM 图像 4。 星载数据 目前，用于海洋探测的雷达主要是合成孔径雷达(SAR)。海面散射截面与诸多因素 有关，包括雷达因素和海面因素：雷达因素包括频率、极化、功率及视角等；海面因素 包括粗糙度、 复介电常数等。 当雷达因素确定时， 海面散射截面主要取决于海面粗糙度。 冰面因素包括冰面粗糙度、雪覆盖、几何形状和复介电常数等，冰面粗糙度与冰类型直 接关联 5，主要星载 SAR 的比较见表 2。SAR 监测海冰是极为有效的方法，主要是 SAR 具有区分冰和水的能力，可以获得海冰覆盖的准确面积。不同类型的海冰，其雷达散射 和截面有明显的差别，所以，不同类型海冰的图像清晰，可以获得不同海冰块之间缝隙 的准确信息，用于破冰船导航。利用SAR 时序图像可获得冰川运动信息，用于船舶的冰 区导航 6。 表主要星载的比较 星载 SARJERS-1 SARAMI-SARRadarsat-1 卫星JERS-1 (日本)ERS-1 MODIS；SAR；TM