本文選題：合成孔徑雷達(dá)　切入點(diǎn)：海冰密集度提取　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)》2017年博士論文

【摘要】：作為冰凍圈的重要組成,海冰是全球氣候變化的直接參與者,海冰信息是氣候模型的重要參數(shù)。同時(shí)作為氣候變化的敏感因子,近年來(lái)夏季北極海冰分布范圍大幅減小,海冰厚度明顯變薄,北極航運(yùn)活動(dòng)的開(kāi)展也因此愈加頻繁,海冰信息可以為安全航運(yùn)提供保障。因此,海冰信息的準(zhǔn)確獲取無(wú)論對(duì)于科學(xué)研究還是生產(chǎn)生活都有重大意義。描述海冰的重要信息有海冰密集度、海冰類型、海冰厚度、海冰運(yùn)動(dòng)信息等,遙感已經(jīng)成為獲取這些信息的重要手段,例如,輻射計(jì)是目前海冰密集度產(chǎn)品的主要數(shù)據(jù)源。但是,幾公里到幾十公里的空間分辨率已經(jīng)無(wú)法滿足高精度氣候模型預(yù)測(cè)和北極航運(yùn)安全的要求。隨著以數(shù)字波束形成(DBF)、多發(fā)多收(MIMO)技術(shù)為代表的合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)的快速發(fā)展,SAR獲取兼具超寬幅和高分辨率數(shù)據(jù)的能力也在逐步提升,這一優(yōu)勢(shì)吸引了人們對(duì)SAR海冰監(jiān)測(cè)的關(guān)注。由于寬幅SAR是業(yè)務(wù)化區(qū)域海冰監(jiān)測(cè)的首選,因此,基于寬幅SAR數(shù)據(jù)的海冰信息提取研究是近期海冰遙感研究的熱點(diǎn),其成果會(huì)提高海冰監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度,進(jìn)而為氣候變化研究和極地航運(yùn)安全提供有效的數(shù)據(jù)支持。本文結(jié)合ASAR、RADARSAT-2、TerraSAR-X、Sentinel-1A多種不同波段、不同極化星載寬幅SAR數(shù)據(jù),開(kāi)展了海冰密集度信息自動(dòng)提取研究、海冰類型識(shí)別研究、海冰運(yùn)動(dòng)信息提取研究,以及海冰面積通量估算研究工作,提取了高精度的海冰狀態(tài)、類型、動(dòng)態(tài)等多種信息。這些信息是估算海冰質(zhì)量平衡的關(guān)鍵參數(shù),對(duì)于海冰熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究以及氣候變化研究都具有重要意義。論文主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)提出了結(jié)合冰水入射角敏感度差異的海冰密集度信息自動(dòng)提取算法。是針對(duì)寬幅數(shù)據(jù)的寬入射角區(qū)間帶來(lái)的海冰海水后向散射系數(shù)變化大且重疊的現(xiàn)象,充分利用了寬入射角區(qū)間的數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì),首次引入入射角敏感度,與后向散射系數(shù)和相異性特征結(jié)合,以提取浮冰外緣線和識(shí)別冰間水道,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提取了海冰密集度。該方法可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取,并且普適性較高,經(jīng)驗(yàn)證,適用于HH和VV極化、多個(gè)地區(qū)和多種星載SAR傳感器的寬幅數(shù)據(jù)。(2)建立了顧及紋理與扇貝效應(yīng)和子帶拼接條紋的海冰類型識(shí)別方法。針對(duì)VV極化下的TerraSAR-X寬幅數(shù)據(jù)中扇貝效應(yīng)和子帶拼接條紋相對(duì)嚴(yán)重的問(wèn)題,探討了兩種條紋對(duì)海冰類型識(shí)別的影響,發(fā)現(xiàn)灰度共生矩陣在豐富海冰類型識(shí)別信息的同時(shí)會(huì)對(duì)兩種條紋起到放大的效果。為解決這一問(wèn)題,建立了結(jié)合卡爾曼濾波、海冰密集度、灰度共生矩陣、支持向量機(jī)的海冰分類方法,經(jīng)驗(yàn)證,該方法可以有效抑制扇貝效應(yīng)和子帶拼接條紋對(duì)寬幅SAR海冰類型識(shí)別的影響,提高了星載SAR海冰監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度。(3)提出了結(jié)合海冰密集度的海冰類型識(shí)別方法。針對(duì)部分海冰類型在HH和HV極化下SAR后向散射特征相似而導(dǎo)致分類混淆的問(wèn)題,引入了基于本文算法提取的海冰密集度信息作為海冰類型識(shí)別依據(jù),海冰密集度的引入降低了海冰錯(cuò)分為海水的比例,同時(shí)提高了蓮葉冰的識(shí)別準(zhǔn)確度。結(jié)合海冰類型識(shí)別方法,開(kāi)展了連續(xù)時(shí)相SAR數(shù)據(jù)的海冰分類應(yīng)用案例研究�；谶B續(xù)時(shí)相SAR數(shù)據(jù)獲取的海冰類型與海冰漂移速度信息,結(jié)合風(fēng)場(chǎng)和流場(chǎng)信息,對(duì)雪龍?zhí)栍鲭U(xiǎn)期間海冰動(dòng)態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行了解譯,拓展了SAR在海冰動(dòng)力過(guò)程解譯中的應(yīng)用。(4)發(fā)展了協(xié)同多種SAR海冰信息的海冰面積通量估算方法。針對(duì)海冰面積通量估算研究中存在的常用數(shù)據(jù)源空間分辨率較低的問(wèn)題,本文協(xié)同海冰密集度、海冰類型、海冰漂移速度等參數(shù),提出了完全基于SAR數(shù)據(jù)的海冰面積通量估算方法,探索了多種SAR海冰參數(shù)協(xié)同提取海冰信息的新方向。該方法應(yīng)用到Sentinel-1A數(shù)據(jù),對(duì)2016年弗拉姆海峽海冰面積通量年內(nèi)變化進(jìn)行了估算。結(jié)果顯示,6月和8月中旬的海冰面積通量最低,2月和4月中旬高于10月和12月。本文的成果為高精度海冰信息提取提供了SAR方法論支持,為SAR在海冰動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用探索了新方向,對(duì)于拓展SAR海冰研究、SAR應(yīng)用方法論以及推動(dòng)氣候變化相關(guān)研究具有重要意義。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P731.15

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