加拿大北极群岛区域多年冰密集度反演和夏季消融过程研究

Sea ice change and variability, especially the decline of multiyear ice (MYI), significantly intensify the energy exchange between the ocean and the atmosphere. These changes not only influence polar climate and environment, but also influence mid-latitude and global climate. Arctic MYI are mostly distributed in the Canadian Arctic Archipelago(CAA) and the area north to the CAA. MYI conditions in the CAA is the key factor that influences the navigability of the Arctic Northwest Passage. Thus, MYI concentration is one of the key parameters for sea ice research. This project is aim to combine passive and active microwave and optical sea ice remote sensing data by using data fusion method, and retrieve ice concentration of first year ice (FYI) and MYI, and use these information to analyze the summer sea ice retreat processes in the CAA region. The research questions include: (1) FYI and MYI concentration retrieval from passive and active microwave data; (2) FYI and MYI concentration retrieval by fusing microwave and optical remote sensing data; (3) Summer sea ice retreat processes analysis of the CAA region. This research project will not only produce a new method for MYI concentration retrieval by fusing multi-source data, but also provide information for analyzing sea ice retreat process in the CAA, especially provide basis data for the prediction of the future openings of the Arctic Northwest Passage.

北极海冰变化，特别是多年冰的快速减少，导致海气能量交换显著增强。这不仅影响极地气候和环境，而且对中纬度地区及全球气候都有影响。北极多年冰主要分布在加拿大北极群岛及其以北地区，多年冰状况是决定西北航道通航的关键因素。所以多年冰密集度是海冰关键参数之一。基于此，本项目拟结合主、被动微波和可见光数据，采用多源数据融合的方法，反演高分辨率的一年冰和多年冰密集度，并利用本研究获得高分辨率海冰密集度分析近年来加拿大北极群岛地区夏季海冰消融规律。主要研究内容包括：(1)基于主、被动微波的一年冰和多年冰密集度反演；(2)融合微波和可见光数据的一年冰和多年冰密集度反演；(3)加拿大北极群岛地区在典型年份海冰消融规律研究。本项目的研究成果将为基于多源数据的多年冰密集度反演提供技术方法，得到的海冰密集度成果为探究加拿大北极群岛区域海冰消融过程，特别是为预测西北航道通航提供基础数据，具有重要的理论价值和实际意义。

北极地区是全球气候变化最敏感的区域，北极海冰面积和厚度的变化，特别是近年来多年冰的快速减少。夏季增加的大量裸露水面，导致海气之间的能量交换显著增强。这不仅影响极地气候和环境，而且对中国这样的中纬度地区及全球气候都有影响。北极多年冰主要分布在加拿大北极群岛及其以北地区，多年冰状况是决定西北航道通航的关键因素。所以多年冰密集度是海冰状况的关键参数之一。本项目结合主、被动微波和可见光数据，采用多源数据融合的方法，分析了北极海冰一年冰和多年冰的分布情况，并分析了近年来加拿大北极群岛地区夏季海冰消融规律。主要的研究进展包含以下几个方面：(1)基于MODIS不同产品和加拿大冰况图的一年冰和多年冰分类,提出了具有较高分类精度的决策树模型；(2)双极化合成孔径雷达和机载电磁扫描数据的海冰厚度分析，表明合成孔径雷达图像的纹理信息在一定程度上可以反应海冰的厚度，但是二者的联系并不十分显著；(3)加拿大北极群岛地区在典型年份海冰消融规律研究，发现北极海冰的融化主要受纬度以及海底地形的影响，同时高层大气环流状况也对海冰状况有巨大的影响。本项目的成果为基于多源数据的多年冰密集度提取提供了技术方法，得到的海冰分类图为探究加拿大北极群岛区域海冰消融过程，特别是为预测西北航道通航的概率提供基础数据，具有重要的理论价值和实际意义。