基于哨兵1号影像浮冰形状特征的北极内尔斯海峡海冰运动信息提取方法

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作者 杨帆 刘婷婷 雷瑞波 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期169-182,共14页

内尔斯海峡是北极海冰输出的重要通道之一,从海峡流出的海冰对巴芬湾、拉布拉多海深层水的形成以及北极海冰物质平衡具有重要影响。由于海峡入口狭窄和海冰密集度较低,现有海冰运动反演算法较难从卫星影像上获取有效的海冰运动信息,从... 内尔斯海峡是北极海冰输出的重要通道之一,从海峡流出的海冰对巴芬湾、拉布拉多海深层水的形成以及北极海冰物质平衡具有重要影响。由于海峡入口狭窄和海冰密集度较低,现有海冰运动反演算法较难从卫星影像上获取有效的海冰运动信息,从而限制了该区域海冰运动信息的提取。本研究提出了一种基于浮冰形状特征的海冰运动提取算法,该算法主要包括影像分割、浮冰提取和浮冰匹配3个步骤。使用该算法从2019年2月20-27日逐日哨兵1号影像中提取了内尔斯海峡的海冰运动信息,并结合人工制作的验证数据评估了该算法在浮冰提取和匹配过程的精度。结果显示该算法提取的浮冰形状参数平均误差为4.3%~8.48%、浮冰运动矢量的总体正确率为84%、浮冰质心与运动速度的均方根误差分别为0.171km和6.313cm·s^(–1)。对比SIFT,ORB和AKAZE三种基于特征追踪的海冰运动反演算法,该算法结果中海冰运动覆盖面积增加了27.7%,精度提高约39%。该算法不仅有效地提取了内尔斯海峡海冰运动信息,而且可为其他区域(如海冰边缘区)的海冰运动信息提取提供参考。 展开更多

关键词 内尔斯海峡 海冰运动 哨兵1号 影像分割 浮冰匹配

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2009年春夏季北极海冰运动及其变化监测 被引量：13

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作者 邓娟 柯长青 +1 位作者 雷瑞波 孙波 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期96-104,共9页

极地海冰对全球气候变化具有指示作用,北极海冰监测对全球气候环境变化研究意义重大。利用中国第3次北极科学考察(CHINARE-2008)期间布放的海冰物质平衡浮标所获取的数据和MODIS影像,对北极海冰运动及其变化进行监测。结果表明利用MODI... 极地海冰对全球气候变化具有指示作用,北极海冰监测对全球气候环境变化研究意义重大。利用中国第3次北极科学考察(CHINARE-2008)期间布放的海冰物质平衡浮标所获取的数据和MODIS影像,对北极海冰运动及其变化进行监测。结果表明利用MODIS影像反演的海冰密集度图像效果较好,对海冰和海水的判别精度高。海冰密集度及其漂移速度总体都呈下降趋势,两者的变化存在相关关系。海冰自西北向东南方向的运动轨迹与2009年北极年平均海面风成流的环流模式基本一致,同时海冰表面的冰间水道主要呈西北—东南走向,说明海冰总体的运动变化受到风场和洋流的影响。通过对海冰密集度异常值和海冰运动轨迹细节的研究,得出海冰表面形态和密集度的变化也主要与风和洋流有关,此外,还有来自地形条件的直接和间接的影响。 展开更多

关键词 海冰密集度 海冰运动 MODIS影像 冰浮标 北极

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海冰运动研究进展综述 被引量：4

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作者 颜钰 邵冬冬 +1 位作者 许映军 顾卫 《海洋预报》 2017年第3期85-93,共9页

对海冰运动研究的主要进展进行综合评述:概述了海冰运动学研究的发展情况,重点对海冰运动的数值模拟、浮标观测、卫星遥感、雷达图像监测和数字图像监测等技术的发展历程和关键研究成果进行总结,并根据近几十年海冰运动发展现状,立足于... 对海冰运动研究的主要进展进行综合评述:概述了海冰运动学研究的发展情况,重点对海冰运动的数值模拟、浮标观测、卫星遥感、雷达图像监测和数字图像监测等技术的发展历程和关键研究成果进行总结,并根据近几十年海冰运动发展现状,立足于实际需求,考虑技术发展水平,讨论海冰运动未来研究趋势。基于现场和遥感观测开发具有更高时间、空间分辨率的海冰运动模式将是未来研究侧重的方向。 展开更多

关键词 海冰运动 数值模拟 浮标观测 卫星遥感 雷达监测 数字图像技术

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冬季北极海冰运动主模态的构成及其与海平面气压变化的关系 被引量：5

4

作者 武炳义 《大气科学》 CSCD 北大核心 2005年第5期747-760,共14页

利用国际北极浮冰运动观测资料 (IABP)(1979～1998)以及NCEP/NCAR月平均海平面气压再分析资料(1960～2002), 通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵, 研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系.冬季海冰运动主模态是... 利用国际北极浮冰运动观测资料 (IABP)(1979～1998)以及NCEP/NCAR月平均海平面气压再分析资料(1960～2002), 通过求解海冰运动异常的复斜方差矩阵, 研究了冬季北极海冰运动主模态构成及其与海平面气压变化的关系.冬季海冰运动主模态是由两个海冰运动优势模态的一个线性组合构成, 与这两个运动优势模态有直接关系的海平面气压变化主要发生在北极海盆及其边缘海区.尽管北极涛动(北大西洋涛动)通过影响海平面气压进而影响北极海冰运动, 但是, 北极涛动(北大西洋涛动)并不是决定海冰运动主模态的关键性因素. 展开更多

关键词 海冰运动 主模态 海平面气压异常 北极涛动

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1979-2012年北极海冰运动学特征初步分析 被引量：11

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作者 左正道 高郭平 +1 位作者 程灵巧 徐飞翔 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第5期57-69,共13页

利用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数... 利用美国冰雪数据中心（NSIDC）发布的海冰速度和范围数据,本文分析了1979—2012年间北极海冰的运动学特征,以及北极海冰运动与分布范围演变之间的关系。结合欧洲中期天气预报中心（ECMWF）发布的2007和2012年高分辨率的气压场、风场数据,探讨了北极风场和气压场与海冰运动、辐散辐合和海冰面积的关系。结果表明,在1979-2012年间北极海冰平均运动速度呈显著增强的趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势明显强于夏季;北极、波弗特-楚科奇海域和弗拉姆海峡的冬、夏季海冰平均运动速度的增加率分别为2.1%/a和1.7%/a、2.0%/a和1.6%/a以及4.9%/a和2.2%/a。1979-2012年北极海冰平均运动速度和范围的相关性为-0.77,二者存在显著的负相关关系。北极冬季和夏季风场的长期变化趋势与海冰平均运动速度的变化趋势一致,冬季和夏季的相关系数分别为0.50和0.48。风场和气压场对海冰的运动、辐散及重新分布发挥着重要作用。2007年夏季,第234~273天波弗特海域一直被高压系统控制,波弗特涡旋加强,使得波弗特海域海冰聚集在北极中央区;顺时针的风场促使海冰向格陵兰岛和加拿大北极群岛以北聚合。2012年,白令海峡和楚科奇海域处于低压和高压系统的交界处,盛行偏北风,海冰从北极东部往西部输运,加拿大海盆的多年海冰因离岸运动而辐散,向楚科奇海域的海冰输运增加,受太平洋入流暖水影响,移入此区域的海冰加速融化,从而加剧海冰的减少。 展开更多

关键词 北极 海冰 海冰运动速度 风 气压

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基于冰基浮标数据的2018−2019年北极海冰运动特性时空变化分析 被引量：2

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作者 李静悦 雷瑞波 +1 位作者 李娜 常晓敏 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第8期31-45,共15页

海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据,结合大气再分析数据,计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度,以刻画北... 海冰运动是影响北极海冰平流输运和物质平衡空间重新分布的重要因素。本研究基于2018年9月至2019年8月期间北冰洋66个冰基浮标位置记录数据,结合大气再分析数据,计算得到了海冰运动速度、冰速与风速的比值和海冰运动惯性强度,以刻画北极海冰运动学特征参数在一个冰季的时空变化,并讨论了不同区域冰速与风速比与海冰密集度的关联性。海冰漂移速度在波弗特–楚科奇海、东北极中央区和西北极中央区呈秋冬降低春夏升高的季节变化特征。格陵兰海月均海冰漂移速度((0.32±0.06)m/s)最大,其次是弗拉姆海峡((0.17±0.07)m/s)和波弗特–楚科奇海((0.14±0.05)m/s),而东北极中央区((0.09±0.02)m/s)和西北极中央区((0.07±0.03)m/s)较低。在月尺度上,冰漂移速度与风速的比值主要受海冰漂移速度支配。弗拉姆海峡和格陵兰海受较强的表层海流影响,冰速与风速比值较大,西北极中央区、东北极中央区和波弗特–楚科奇海的冰速与风速比值随着海冰密集度的增加趋近,并分布在0~0.02之间。所有浮标的月平均惯性运动指数为0.158±0.144,秋冬季过渡期间,海冰对风的响应以及海冰运动的惯性信号逐渐减弱,春–夏季随着海冰融化又开始增强,因此上述两个参数都可以作为指示海冰冰场固结程度的重要指标。 展开更多

关键词 北极 海冰运动 海冰密集度 风场 时空变化

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1979-2014年南极海冰运动特征分析 被引量：2

7

作者 刘伊格 柯长青 张杰 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2019年第1期90-98,共9页

在南极海冰缓慢增加的背景下,用美国冰雪数据中心的月平均海冰运动数据,分析了1979-2014年南极海冰的运动特征。结合月平均风速资料,探讨了风速对南极海冰运动变化的影响。结果表明:1979-2014年南极海冰运动速度总体上呈增加趋势,其中... 在南极海冰缓慢增加的背景下,用美国冰雪数据中心的月平均海冰运动数据,分析了1979-2014年南极海冰的运动特征。结合月平均风速资料,探讨了风速对南极海冰运动变化的影响。结果表明:1979-2014年南极海冰运动速度总体上呈增加趋势,其中冬季平均运动速度最大,然后是秋季、春季,夏季最小。威德尔海和罗斯海作为南极海冰分布最多的2个子海区,海冰的平均运动速度均呈现加快趋势,冬季海冰平均运动速度增加趋势均比夏季强。南极海冰运动速度与风速在季节和年平均变化趋势上保持高度一致,存在较为显著的正相关关系,所以风速增大是导致南极海冰运动速度加快的一个重要原因。 展开更多

关键词 南极 海冰运动 风速 遥感

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1979—2015年罗斯海海冰运动速度变化 被引量：2

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作者 刘伊格 柯长青 张杰 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期156-162,共7页

基于美国冰雪数据中心的月平均海冰运动和海冰密集度数据,建立了1979—2015年罗斯海海冰运动速度时间变化序列,揭示了海冰运动速度的年际和季节变化特征,探讨了海冰运动速度和海冰范围之间可能存在的联系,最后对影响海冰运动速度变化的... 基于美国冰雪数据中心的月平均海冰运动和海冰密集度数据,建立了1979—2015年罗斯海海冰运动速度时间变化序列,揭示了海冰运动速度的年际和季节变化特征,探讨了海冰运动速度和海冰范围之间可能存在的联系,最后对影响海冰运动速度变化的因素进行了分析。结果表明,1979—2015年罗斯海海冰运动速度总体呈现加快趋势,海冰运动速度增加趋势最快的季节为秋季,其次是冬季、春季和夏季。冬季海冰平均运动速度最大,依次是秋季、春季和夏季。海冰运动速度与海冰范围在37年间均呈现上升趋势,海冰范围变化滞后海冰运动速度1—2个月,两者呈显著正相关关系,海冰运动速度的增加导致罗斯海海冰范围不断扩张,进而影响南极整体海冰分布。罗斯海海冰运动速度与风速之间存在显著正相关关系,风场是影响海冰运动速度的一个直接因素。除此之外,海冰运动还受到包括气压场、洋流场以及海洋阻力系数等的影响。 展开更多

关键词 罗斯海 海冰运动速度 海冰密集度 海表面风速

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南极海冰运动速度的变化特征及其影响因子分析 被引量：1

9

作者 张艺博 秦听 魏立新 《海洋预报》 CSCD 北大核心 2020年第5期12-23,共12页

利用NSIDC提供的每日和月平均极区海冰运动矢量数据,统计分析了南极地区1979—2016年海冰运动速度的年、月尺度的时空变化特征以及近几十年南极海冰范围增加与海冰运动速度之间的关系,并讨论了影响南极海冰运动速度的主要因子。结果表明... 利用NSIDC提供的每日和月平均极区海冰运动矢量数据,统计分析了南极地区1979—2016年海冰运动速度的年、月尺度的时空变化特征以及近几十年南极海冰范围增加与海冰运动速度之间的关系,并讨论了影响南极海冰运动速度的主要因子。结果表明:1979—2016年南大洋全区和各扇区海冰运动速度均呈现增加趋势,春、冬季海冰运动速度增加趋势大于夏、秋季,季节差异明显;海冰运动速度与海冰范围有显著的正相关关系;海冰运动与海表面气压场密切相关,主要受低压风场的影响,威德尔海、罗斯海海冰的快速流出和顺时针旋转的特征与低压区的位置有密切关联,自由漂流区的海冰整体表现为自西向东运动。 展开更多

关键词 南极海冰 海冰运动速度 海冰范围 海表面气压 海表面风场

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2016-2017年北极内尔斯海峡北部海冰运动及其影响因素研究 被引量：2

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作者 王子涵 刘婷婷 +1 位作者 许苏清 王苗姜 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第7期194-204,共11页

内尔斯海峡位于加拿大埃尔斯米尔岛与格陵兰岛之间,是北极海冰输出的重要通道之一,这些海冰融化后带来的表层淡水对巴芬湾、拉布拉多海的深层水形成具有重要影响。但由于该海峡较为狭窄,缺乏对此区域海冰运动情况的精细研究。本研究利... 内尔斯海峡位于加拿大埃尔斯米尔岛与格陵兰岛之间,是北极海冰输出的重要通道之一,这些海冰融化后带来的表层淡水对巴芬湾、拉布拉多海的深层水形成具有重要影响。但由于该海峡较为狭窄,缺乏对此区域海冰运动情况的精细研究。本研究利用每日的哨兵1号影像提取了2016年9月至2017年8月的内尔斯海峡北部区域海冰运动信息,展示了海峡中浮冰的运动过程,并结合风速、海流速度等数据分析浮冰运动特征及影响因素。结果表明风和海流二者共同主导了海冰的运动过程,相关系数分别达到了0.767和0.709,由风速、海流速度、海冰密集度3个自变量与浮冰速度建立的多元线性回归模型复决定系数也达到了0.727。进一步分析发现,风和海流在速度相对稳定时对浮冰速度的影响都会减小。本研究关于风和海流等要素对海冰运动过程影响的研究结果,可以为海洋–大气动力学模型的研究提供参考。 展开更多

关键词 内尔斯海峡 海冰运动 哨兵1号 风 海流

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北极海冰与CP型厄尔尼诺事件的遥相关 被引量：1

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作者 郑璐曦 刘海龙 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期830-839,共10页

为了进一步认识高低纬度之间事件的遥相关机制,对北极海冰和中太平洋(central Pacific,CP)型厄尔尼诺现象的相互关系进行了深入研究。首先利用最新的观测和再分析数据,验证了北极冷季海冰损失可以引发次年的类CP型厄尔尼诺增暖现象及相... 为了进一步认识高低纬度之间事件的遥相关机制,对北极海冰和中太平洋(central Pacific,CP)型厄尔尼诺现象的相互关系进行了深入研究。首先利用最新的观测和再分析数据,验证了北极冷季海冰损失可以引发次年的类CP型厄尔尼诺增暖现象及相应的副热带北太平洋海气耦合机制,阐明北极海冰异常引起春末夏初的北太平洋气压异常,进而导致热带太平洋海温增加和西风异常,最终在冬季发生类CP型厄尔尼诺现象的变暖。依据前人对CP型厄尔尼诺发展年夏季的研究思路,研究结果显示,在CP型厄尔尼诺发展年冷季,加拿大盆地海冰显著减少导致北极海冰范围总体出现异常低值,但在巴伦支海北部因风场作用海冰异常增加。同时揭示了在CP型厄尔尼诺衰退年,暖季北极海冰显著损失,海表面净热通量显著增加以及海表面风和海冰运动等动力效应有助于拉普捷夫海海冰的损失,北极海冰和CP型厄尔尼诺相互关系的理论得到了一定的完善。 展开更多

关键词 北极海冰 中太平洋型厄尔尼诺 海表面净热通量 海表面风 海冰运动

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辽东湾海冰及运动特点分析 被引量：1

12

作者 郝培章 刘金芳 俞慕耕 《海洋预报》 北大核心 1993年第4期54-58,共5页

本文利用1987～1992年度渤、黄海海冰调查及NOAA卫星资料,经过计算、分析和研究,得出了:一般年份（常年）辽东湾海冰的分布规律,其流冰最大外缘线与湾形相似。同时表明:辽东湾的流冰运动受控于潮流,呈东北～西南向的往复运动,风使流冰... 本文利用1987～1992年度渤、黄海海冰调查及NOAA卫星资料,经过计算、分析和研究,得出了:一般年份（常年）辽东湾海冰的分布规律,其流冰最大外缘线与湾形相似。同时表明:辽东湾的流冰运动受控于潮流,呈东北～西南向的往复运动,风使流冰沿风向作水平位移,余流对流冰运动有微弱影响。 展开更多

关键词 海冰 海冰运动 辽东湾

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北冰洋中心区海冰漂流与大气过程 被引量：5

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作者 卞林根 王继志 +3 位作者 孙玉龙 逯昌贵 林祥 李多 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第10期48-55,共8页

利用北冰洋中心区漂流自动气象站(DAWS)2012年9月—2013年2月的观测数据,分析了北极点周围海冰漂流轨迹和速度及相关大气过程。结果显示,北冰洋中心区海冰具有不稳定漂流过程。2012年9月1日—2013年1月6日,DAWS所在海冰从西向西北方向漂... 利用北冰洋中心区漂流自动气象站(DAWS)2012年9月—2013年2月的观测数据,分析了北极点周围海冰漂流轨迹和速度及相关大气过程。结果显示,北冰洋中心区海冰具有不稳定漂流过程。2012年9月1日—2013年1月6日,DAWS所在海冰从西向西北方向漂流,2013年1月6日以后稳定地向东南方向漂流,平均移速为0.06m/s,最大达到0.4m/s。海冰漂流方向的突变和加速与穿极气旋和急流的影响有关。净辐射常出现短期突变过程,导致海冰从大气吸收能量,减缓了海冰的辐射冷却。爆发性增温过程的最大幅度达到30℃,是由强穿极气旋和伴随的暖湿气流向北极中心区输送引起,这种现象在中低纬度十分罕见。增温过程的作用是高空大气向冰面输送热量,导致海冰破裂,海冰硬度的脆变,减缓海冰厚度的增长,这种过程可能是北极海冰面积和厚度减少重要过程。 展开更多

关键词 北冰洋 漂流自动气象站 海冰运动 爆发性增温 穿极气旋

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