基于主被动遥感的渤海海冰厚度及其相关参数的反演研究

In various sea ice parameters, sea ice thickness is of important value for ice amount estimation, ice condition assessment, disaster appraisal and marine transportation. At present, some sea ice thickness detection approaches have been studied using passive optical or SAR remote sensing data respectively. However, there are some limits by sole senor: optical remote sensing is applied only to detection thickness of thin ice and SAR is suitable for detecting thickness of thick ice with high deformation surface. Thus combing SAR and optical remote sensing data, we can detection sea ice thickness for both thick and thin. In this proposal, we will establish a sea ice thickness retrieval model by combing SAR and optical remote sensing data. In this model, sea ice growth model will been taken as "bridge" to connecting SAR and optical remote sensing data. The establish model could retrieve others sea ice parameters besides ice thickness, such as sea ice temperature, salinity and surface roughness. The result of this project will provide theoretical and technical support for operational detection of sea ice, furthermore, will provide serves for ice condition assessment, marine transportation and local climate research.

在各种海冰灾害的监测参数中，海冰厚度是冰量估算、冰情评估、灾害评价和海上航运的重要指标。目前国内外学者已经分别利用被动光学遥感和主动SAR遥感，开展了海冰厚度的遥感探测研究。然而，利用单一手段具有局限性：光学遥感仅适用于薄冰厚度探测；SAR适用于表面形变较大的厚冰厚度探测。因此，结合SAR和光学遥感可更准确的探测不论薄厚的海冰厚度。 本项目拟以海冰生长模型为"桥梁"，将SAR和光学遥感两种手段结合起来，建立基于SAR和被动光学遥感的海冰厚度反演模型，发展的模型可同时将海冰温度、盐度、表面粗糙度等相关参数反演出来。 本项目的研究成果可为开展业务化海冰探测提供理论基础和技术支持，进一步为海冰冰情评估、海上航运及局部海域气候研究提供服务。

海冰厚度是重要的海冰监测参数。本项目严格按照任务书的要求，首先从海冰的电磁散射机理和海冰生长模型的建立和分析入手，探讨了基于SAR和光学遥感反演海冰厚度的能力；在此基础上，发展了多种基于主动SAR和被动光学遥感数据的海冰厚度反演方法，为渤海海冰厚度探测提供了新技术。本项目的研究成果主要有：.在SAR微波散射机理和海冰热动力学生长模型方面，①在我国渤海海域首次开展了多波段、多极化海冰微波散射实验，分析了海冰电磁散射机制，建立了渤海海冰微波散射模型，为SAR海冰厚度反演打下了坚实的理论基础。②针对我国渤海海冰的特点，根据已有的研究并结合相关实验，构建了渤海薄冰生长模型，给出了海冰厚度与冰温、盐度、表面粗糙度、介电常数等参数间的相互耦合关系；并基于渤海海冰微波散射模型和渤海海冰生长模型，开展了多波段、多极化SAR海冰厚度探测能力分析，给出了SAR海冰厚度反演的最优雷达参数组合。.在SAR海冰厚度反演技术方面，①定量分析了电磁波穿透深度和海冰内部卤水胞对海冰体散射的贡献；给出了一种从极化SAR中精确提取海冰单次散射、二次散射和体散射的方法；并指出海冰穿透深度与海冰内部卤水胞等效数量的乘积，该乘积可作为反演海冰厚度的有效参数。②针对紧缩极化SAR数据，提出了一种新的CP-Ratio参数，该参数对海冰厚度有很强的敏感性，发展了新的适用于紧缩极化SAR的海冰厚度反演方法。③利用SAR可以获得高精度的海冰类型信息这一特性并且通过海冰类型和海冰厚度的相互约束关系，建立极化SAR海冰类型和海冰厚度一体化探测研究。.在光学遥感海冰厚度反演方面，①基于高时间分辨率的地球同步轨道水色卫星(GOCI)数据建立了渤海海冰厚度与GOCI短波宽带反射率的关系模型，反演结果精度较好。②针对GOCI和高光谱等新型光学遥感数据，分别发展了基于GOCI卫星和高光谱遥感影像的海冰厚度反演方法。其中，发展的基于高光谱遥感影像的海冰厚度反演方法，已应用于国家海洋局北海航空支队的航空高光谱海冰遥感监测的业务工作中。.本项目共发表学术论文19篇，其中SCI收录7篇，EI收录9篇。本项目发展的海冰厚度遥感探测技术，已在国家海洋局北海预报中心等业务部门进行了应用，并获2016年国家海洋创新成果一等奖一项（该奖项已通过拟获奖项目公示）。