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北 京 师 范 大 学 博 士 学 位 论 文 答 辩 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 前 言全 球 海 冰 主 要 分 布 在 以 南 极 洲 陆 地 为 中 心 的 南 大 洋 ， 以 北 极中 心 水 域 为 主 的 北 冰 洋 ， 以 及 包 括 波 罗 的 海 、 鄂 霍 次 克 海 、白 令 海 、 哈 德 逊 海 、 库 克 湾 、 芬 兰 湾 和 黄 海 、 渤 海 等 海 域 的 北 半 球 亚 极 区 。 北 半 球南 半 球 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 前 言 渤 海 是 北 半 球 纬 度 最 低 的 结 冰 海 域 。 渤 海 长 约 300n mile（ 东 北 西 南 向 ） ，宽 约 187n mile（ 东 西 向 ） ， 面 积 约 为 82700km2， 平 均 水 深 18m， 最 大水 深 78m。 渤 海 海 冰 生 肖 与 发 展 的 全 部 过 程 都 一 个 年 度 的 冬 季 中 进 行 ， 属于 一 年 生 海 冰 。渤 海 冰 情 概 述北 极 3741N 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 渤 海 冰 期渤 海 冰 情 等 级 前 言 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 前 言国 际 上 海 冰 研 究 历 史 较 早 ， 研 究 内 容 包 括 了 海 冰 物 理 、 力 学 性质 及 其 工 程 应 用 ； 海 冰 生 消 、 运 动 的 热 力 学 、 动 力 学 过 程 及 海冰 监 测 与 预 报 等 方 面 ； 以 及 随 后 开 展 的 海 冰 与 全 球 变 化 、 海 冰生 态 系 统 等 方 面 。我 国 海 冰 的 研 究 起 步 较 晚 ， 主 要 是 为 了 解 决 渤 海 和 黄 海 北 部 海洋 工 程 设 计 中 冰 荷 载 和 海 冰 灾 害 的 预 警 等 问 题 而 开 展 。 近 年 来 ，为 了 解 决 环 渤 海 地 区 的 缺 水 问 题 ， 海 冰 资 源 化 利 用 的 相 关 研 究也 积 极 开 展 ， 这 是 在 国 际 上 没 有 先 例 的 海 冰 研 究 方 向 。 目 前 相 关 研 究 单 位 已 经 在 海 冰 资 源 储 量 估 算 、 海 冰 采 集 及 淡 化 技 术 、海 冰 水 农 业 利 用 等 方 面 取 得 了 进 展 。 海 冰 相 关 研 究 进 展 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 开 展 渤 海 海 冰 的 资 源 性 或 灾 害 性 研 究 ， 需 要 积 累 多 种 海 冰 参 数的 资 料 ， 结 冰 范 围 和 厚 度 分 布 就 是 其 中 关 键 的 参 数 。对 于 范 围 广 、 不 断 变 化 中 的 参 数 ， 只 有 高 时 间 分 辨 率 的 卫 星 遥感 技 术 才 有 潜 力 提 供 具 有 时 效 性 的 信 息 。论 文 就 是 针 对 高 时 间 分 辨 率 的 卫 星 遥 感 影 像 ， 主 要 是 Modis和NOAA/AVHRR资 料 ， 应 用 相 关 的 数 字 图 像 处 理 技 术 和 分 析 室内 外 实 验 采 集 的 海 冰 反 射 光 谱 数 据 ， 进 行 渤 海 海 冰 的 结 冰 范 围 和 厚 度 参 数 信 息 的 提 取 研 究 。 前 言论 文 研 究 背 景 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 二 部 分渤 海 结 冰 范 围 信 息 的 提 取 研 究 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 结 冰 范 围目 前 进 行 “ 冰 水 分 离 ”的 方 法 都 是 对 整 个 渤海 海 区 使 用 全 局 阈 值或 整 体 分 类 的 方 法 。常 规 方 法 云 ； 陆 地 ； 海 水 ； 海 冰 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 可 见 光 反 射 率红 外 辐 射 值 可 见 光 反 射 率 与 红 外 辐 射 值 的 比 值全 局 阈 值（ 统 计 直 方 图 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 对 冬 季 渤 海 海 区 的 影 像 进 行 不 同 类 别 数 目 的 分 类 ， 结 果 显 示 都 不 能 将 海 冰 和 海 水区 准 确 分 开 。 因 此 在 低 空 间 分 辨 率 和 低 光 谱 分 辨 率 影 像 数 据 中 ， 部 分 海 冰 像 元 和海 水 像 元 在 光 谱 特 征 中 是 混 淆 的 ， 因 为 这 不 仅 仅 是 低 对 比 度 的 问 题 。整 体 分 类 （ 分 类 结 果 图 ， 蓝 色 表 示 其 中 一 个 类 别 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 据 对 系 列 海 区 影 像 的 分 析 ， 渤 海 海 区 的 悬 浮 物 质 的 集 中 区 域 是 基 本 上 相对 固 定 的 ， 这 提 供 了 进 行 大 分 区 可 能 。方 法 一 ： 分 区 提 取 渤 海 海 区 （ 渤 海 北 部 分 区 图 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 方 法 二 ： 局 地 对 比 度（高分辨率影像） （低空间分辨率的海冰影像 ）（对象多边形） 同 质 化 的 图 斑 基 本 信 息 单 元 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 特 征 信 息 ： 光 谱 、 面积 、 纹 理 、 同 尺 度 相邻 对 象 的 关 系 、 不 同尺 度 对 象 的 关 系 进 行 尺 度 20、 10分 割第一次分类 第二次分类 第三次分类1、 分 割2、 分 类（ 蓝 色 区 域 是 海 水 类 型 对 象 ， 黄 色 区 域 是 海 冰 类 型 对 象 ， 其 他 是 未 分 类 对 象 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 遥 感 成 像 过 程 ）伪 海 冰 像 元 （ 1） （ 2）信 号 采 集 包 括 两 个 过 程 ， 一 是 地 物 的 电 磁 波 信 息 传 送 到 遥 感 平 台 ， 另 一 个 过 程 是 地物 的 电 磁 波 信 息 经 过 传 感 器 记 录 下 来 。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 剔 除 方 法 （ 卫 星 平 台 的 系 统 响 应 函 数 及 其 逆 处 理 过 程 ） yy yxfhxx yxfhyxh ),(),(),( )(),( 22 yxyx wwHwwH 影 像 的 边 界 梯 度 线 ),( ),(),( HGIFFTyxf SNRvuH vuHvuH vuGF 2 2),( ),(),( ),(),( ),( ),(),( HGF 系 统 畸 变 因 素 函 数 的 估 计 逆 滤 波 维 纳 滤 波 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 海 冰 和 海 水 相 邻 水 道 和 冰 中 湖 1： 海 水 区2： 海 冰 区冰 水 混 合 像 元 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 统 计 线 性 分 解 方 法 一 ： TM降 分 辨 率 像 元 和 MODIS混 合 像 元 的 关 系 式 冰 水 混 合 像 元 的 统 计 线 性 分 解 模 型 冰 水 混 合 像 元 的 研 究 区 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 A是 包 含 该 像 元 的 海 冰 对 象 的 灰 度 均 值 ，B是 有 公 共 边 界 的 海 水 对 象 的 灰 度 均 值 。 局 地 端 元 线 性 分 解 方 法 二 ： 黑 色 多 边 形 是 影 像 对 象 的 范 围 ；蓝 色 是 海 水 类 型 对 象 ；黄 色 ( )、 浅 黄 色 ( )、 土 黄 色( )是 海 冰 类 型 对 象 ， 其 中 黄 色为 冰 水 交 界 的 海 冰 类 型 对 象 。 BA 1边 界 像 元 的 灰 度 值 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 小 结 渤 海 结 冰 范 围 信 息 的 提 取 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 三 部 分海 冰 厚 度 参 数 的 光 谱 特 征 实 验 研 究 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 目 前 冰 厚 反 射 率 模 型 存 在 的 问 题 国 内 外 研 究 中 ， 针 对 一 年 生 海 冰 厚 度 的 估 算 都 把 相 当 注 意 力 放 在了 冰 体 可 见 光 反 射 率 信 息 上 ， 但 是 这 些 研 究 既 没 有 建 立 相 关 的 基础 物 理 理 论 ， 也 没 有 渤 海 海 区 现 场 的 有 关 冰 厚 变 化 的 有 效 基 础 数据 集 及 据 此 建 立 的 相 关 关 系 模 型 ， 此 外 用 来 检 验 和 建 立 模 型 的 卫星 同 步 大 范 围 的 实 时 观 测 数 据 也 很 缺 乏 。以 往 通 过 反 射 率 计 算 冰 厚 的 方 法 ， 实 际 上 都 不 能 真 正 确 定 两 种 信息 之 间 联 系 的 具 体 形 式 。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 前 期 实 验 建 立 了 对 海 冰 光 谱 特 征 的 基 本 认 识 ， 共 进 行 了 室 内 淡 水 冻 结成 冰 实 验 、 室 内 海 水 冻 结 成 冰 实 验 、 室 内 海 冰 样 本 实 验 、 室 外 盐 池 平整 冰 实 验 。基 础 实 验 是 在 2003/3004、 2004/2005、 2005/2006连 续 三 个 冰 季 在渤 海 东 北 部 海 区 现 场 进 行 。实 验 研 究 的 目 的 是 采 集 渤 海 海 冰 反 射 光 谱 的 测 量 数 据 ， 及 冰 厚 的 现 场 实 测 数 据 ， 以 期 能 较 客 观 、 准 确 的 认 识 渤 海 海 冰 厚 度 与 其 反 射 率 之 间的 相 关 关 系 ， 并 建 立 基 于 遥 感 数 据 关 系 模 型 。海 冰 光 谱 特 征 的 实 验 研 究 计 划 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 人 工 淡 水 冰人 工 海 水 冰 自 然 海 冰室 外 盐 池 海 冰 前 期 实 验 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 初 步 认 识 （ 室 内 海 冰 光 谱 ） （ 盐 池 海 冰 光 谱 ） 海 冰 光 谱 曲 线 的 形 状 特 征 海 冰 光 谱 曲 线 随 厚 度 变 化 的 规 律 性 基 本 冰 型 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 鲅 鱼 圈 位 于 渤 海 的 东 北 角 ， 是 整 个 渤 海 冰 情 最 重 、 最 稳 定 的 海 区 之 一 。实 验 地 点 40 18N122 06E冬 季 平 均 水 温 表 层 海 水 盐 度 平 均 初 冰 日 平 均 终 冰 日 平 均 冰 期 固 定 冰 平 均 厚 度-1.5 -1.0 25.930.0 11月 17日 3月 24日 128天 38.3cm （ 鲅 鱼 圈 地 理 位 置 及 附 近 海 区 的 TM影 像 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 单 层 平 整 冰 在 渤 海 中 最 先 出 现 ， 是 气 水 冰 界 面 间 热 力 作 用最 直 接 的 体 现 ， 其 他 各 种 构 造 形 态 的 冰 都 是 由 不 同 厚 度 （ 或 不同 时 期 的 ） 平 整 冰 破 碎 后 重 组 再 继 续 发 展 的 。 因 此 单 层 平 整 冰是 揭 示 一 年 生 海 冰 的 本 质 光 谱 信 息 的 最 基 本 冰 型 。自 然 环 境 中 外 界 干 扰 是 客 观 存 在 ， 较 常 见 的 是 冰 上 覆 盖 有 薄 薄的 积 雪 ， 在 日 光 下 融 化 后 在 夜 间 又 冻 结 ， 和 表 层 冰 胶 合 在 一 起 ，形 成 特 殊 的 表 面 层 ； 另 一 种 情 况 是 ， 冻 结 的 海 水 比 较 混 浊 ， 冻 结 形 成 的 海 冰 冰 体 中 含 有 很 多 的 泥 沙 等 杂 质 。影 响 海 冰 光 谱 的 因 素 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 (光 谱 测 量 ) (厚 度 测 量 )实验工作 2004 年实验现场 2005 年实验现场实 验 过 程 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 光 谱 测 量 时 天 气 晴 朗 ， 风 速 较 小 ， 时 间 范 围 在 中 午 11： 00-13：00， 距 海 冰 表 面 40cm处 垂 直 角 度 测 定 ； 在 其 前 后 准 同 步 测 量参 考 板 反 射 太 阳 辐 射 光 谱 的 平 均 值 。以 测 试 点 为 中 心 50 50cm面 积 的 整 个 冰 块 从 冰 盘 中 切 割 下 ，测 量 四 周 的 厚 度 取 平 均 值 作 为 该 点 的 厚 度 ， 单 位 cm。共 进 行 170个 现 场 冰 洞 样 本 的 光 谱 测 量 ， 包 括 09cm厚 度 的 样本 42个 、 1019cm厚 度 的 样 本 90个 、 2035cm厚 度 样 本 36个 。实 验 过 程 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 洁 净 平 整 冰 光 谱 反 射 曲 线 的 5个 特 征 光 谱 区 间 。（ 渤 海 不 同 厚 度 的 洁 净 平 整 冰 的 反 射 光 谱 曲 线 ） 560600nm10701130nm1030nm附 近800nm附 近900nm附 近 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 测 试 样 本 的 反 射 光 谱 与 厚 度 的 对 比 关 系 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 测 试 样 本 的 可 见 光 反 射 率 的 平 均 值 随 厚 度 变 化 的 规 律 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 3-8cm厚 度 范 围 内 的 样 本 的 厚 度 变 化 和 可 见 光 反 射 率 变 化 之 间 没 有 确 定 的 关 系 ， 不 能 通 过 后 者 反映 前 者 的 变 化 ； 3-10cm厚 度 范 围 内 的 样 本 的 厚 度 变 化 和 可 见 光 反 射 率 变 化 之 间 有 趋 势 性 的 关 系 ，但 相 关 关 系 不 是 完 全 确 定 ； 从 3-10cm、 3-11cm、 3-12cm、 、 3-36cm厚 度 范 围 ， 样 本 的厚 度 变 化 和 可 见 光 反 射 率 变 化 之 间 有 确 定 的 关 系 ， 能 通 过 后 者 反 映 前 者 的 变 化 。（ 从 3cm厚 度 开 始 的 冰 厚 与 可 见 光 反 射 率 相 关 分 析 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 从 10cm厚 度 开 始 的 冰 厚 与 可 见 光 反 射 率 相 关 分 析 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 表 面 有 积 雪 覆 盖 的 相 似 厚 度 的 海 冰 样 本 反 射 光 谱 曲 线 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 冰 体 内 含 有 泥 沙 的 冰 样 和 洁 净 冰 样 的 反 射 光 谱 曲 线 对 比 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ 洁 净 样 本 和 非 洁 净 样 本 反 射 曲 线 的 导 数 波 形 分 析 ）630-660nm 690-785nm815-915nm 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 渤 海 一 年 生 海 冰 的 反 射 光 谱 曲 线 形 状 与 海 水 和 雪 相 似 ， 其 反 射 峰 水 平 高于 海 水 ， 但 比 雪 低 很 多 ， 且 具 有 多 个 特 征 点 。在 总 体 水 平 上 随 着 厚 度 增 加 ， 在 可 见 光 波 段 海 冰 反 射 率 是 一 种 非 线 性 的递 增 趋 势 ；在 连 续 厚 度 增 加 变 化 中 ， 可 见 光 反 射 率 并 不 是 连 续 变 化 的 过 程 ， 而 是 表现 为 一 种 阶 梯 状 递 增 的 形 式 ， 并 分 出 了 39cm， 1020cm， 2036cm 三 个 层 次 ， 其 最 大 值 在 0.26附 近 。渤 海 海 冰 光 谱 特 征 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 四 部 分冬 季 渤 海 的 海 冰 厚 度 信 息 提 取 研 究 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 自 然 状 态 下 进 行 平 整 冰 光 谱 测 试 实 验 ： 乘 坐 破 冰 船 深 入 海 区 ； 沿 岸 固 定 冰 光 谱 测 量 。实 验 过 程渤 海 海 上 实 验 路 线 和 采 样 点沿 岸 光 谱 实 验 点 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 海 上 实 验 过 程光 谱 测 量 定 位 和 雷 达 扫 描 调 整 航 向相 关 气 象 参 数 记 录 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 实 验 过 程人 工 搬 运 网 兜 绳 套（ 样 本 采 集 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 实 验 结 果 （ 海 上 卫 星 同 步 实 验 样 本 的 反 射 光 谱 曲 线 ） 洁 净 平 整 尼 罗 冰 的 可 见 光 反 射 峰 值 是 0.16左 右 。含 有 悬 沙 的 尼 罗 冰 和 莲 叶 冰 的 可 见 光 反 射 峰 值 分 布 在 0.20-0.25间 ， 它 们 对 应 的厚 度 范 围 在 5-9cm。含 有 悬 沙 的 灰 冰 的 可 见 光 反 射 峰 值 分 布 在 0.27-0.33之 间 ， 对 应 的 厚 度 范 围 在 10-16cm。含 有 悬 沙 的 灰 白 冰 的 可 见 光 反 射 峰 值 分 布 在 0.38-0.41之 间 ， 对 应 的 厚 度 范 围 在2 -38cm。堆 积 冰 和 积 雪 总 是 结 合 在 一 起 ， 因 此 反 射 光 谱 曲 线 形 状 和 积 雪 相 似 ， 没 有 明 显 的反 射 峰 值 点 ， 可 见 光 反 射 峰 水 平 大 于 0.55， 最 大 达 到 0.92。实 验 观 测 到 的 沿 岸 固 定 冰 厚 度 分 布 在 47-95cm， 其 反 射 峰 水 平 和 堆 积 冰 、 积 雪 交错 ， 但 是 有 反 射 峰 值 点 ， 可 见 光 反 射 峰 值 大 于 0.69， 最 大 达 到 0.84。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 统 计 回 归 的 冰 厚 与 卫 星 数 据 的 可 见 光 通 道 的 灰 度 值 间 相 关 关系 的 算 法 ；海 边 通 过 目 视 观 测 ， 确 定 可 观 测 范 围 内 的 各 种 冰 型 ， 以 此 估算 海 冰 的 厚 度 ；确 定 各 种 冰 型 与 卫 星 数 据 的 可 见 光 通 道 的 灰 度 值 间 对 应 关 系 ，以 此 估 算 海 冰 的 厚 度 。海 冰 厚 度 的 计 算 和 观 测 方 法 冰 型 定 义尼 罗 冰 厚 度 在 10厘 米 之 内 ， 能 产 生 指 状 重 叠 的 薄 冰 层 。莲 叶 冰 厚 度 在 10厘 米 之 内 ， 直 径 在 0.3-3米 范 围 内 的 圆 形 冰 块灰 冰 厚 度 在 10-15厘 米 的 初 期 冰 ， 受 到 挤 压 时 发 生 重 叠灰 白 冰 厚 度 在 15-30厘 米 ， 受 到 挤 压 时 大 多 成 脊白 冰 厚 度 在 30-70厘 米 的 一 年 冰 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 （ TM、 AVHRR及 Modis数 据 可 见 光 各 通 道 对 应 的 海 冰 反 射 光 谱 的 位 置 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 可 见 光 反 射 率 值 与 样 本厚 度 的 相 关 性 分 析 ModisNOAA/AVHRRTM 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 TM数 据Modis数 据 （ 典 型 影 像 通 道 可 见 光 反 射 率 值 变 化 的 标 准 差 分 析 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 根 据 标 准 差 最 小 原 则 ， 选 择 TM数 据 的 第 2波 段 、 Modis数 据 的 第 4波段 作 为 划 分 厚 度 范 围 的 参 数 ；根 据 标 准 差 最 大 原 则 ， 以 TM数 据 的 第 3波 段 与 第 2波 段 之 比 、 Modis数 据 的 第 1波 段 与 第 4波 段 之 比 作 为 判 读 是 否 洁 净 的 参 数 ；根 据 厚 冰 的 近 红 外 波 段 稳 定 性 相 比 高 的 规 律 ， 以 TM数 据 的 第 3波 段与 第 4波 段 之 比 、 Modis数 据 的 第 1波 段 与 第 2波 段 之 比 作 为 区 分 堆 积 冰 、 积 雪 与 沿 岸 固 定 冰 的 参 数 。海 冰 厚 度 信 息 的 最 佳 波 段 选 择 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 一 天 次 日（ 连 续 影 像 中 实 验样 区 及 其 厚 度 范 围划 分 结 果 ） （ 同 步 实 测 点 对 应 的 Modis数 据 反 射 率 百 分 比 分 布 图 及 冰 型 分 界 范 围 ）基于遥感数据提取厚度相关信息的步骤 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 针 对 Modis数 据 ， 以 第 4波 段 反 射 率 作 参 数 ， 小 于 9.6%的 海 冰 像 元 属 于 尼 罗 冰 、莲 叶 冰 （ 包 括 洁 净 尼 罗 冰 ） ， 在 9.7%10.3%范 围 内 的 海 冰 像 元 属 于 灰 冰 ， 在10.4%12%范 围 内 的 海 冰 像 元 属 于 灰 白 冰 ， 大 于 12.1%的 海 冰 像 元 属 于 堆 积 冰 、积 雪 及 沿 岸 固 定 冰 类 型 ， 最 大 值 在 23.5%左 右 。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 基 于 遥 感 数 据 提 取 厚 度 相 关 信 息 的 步 骤 （ 同 步 实 测 点 位 置 及 对 应 的 影 像 厚 度 范 围 划 分 ） 第 一 步 ， 确 定 对 应 波 段 的 冰 型 划 分 分 界 点 值 。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 二 步 ， 识 别 洁 净 冰 型 ， 修 正 其 所 对 应 的 厚 度 范 围 。基 于 遥 感 数据 提 取 厚 度相 关 信 息 的步 骤 （ 洁 净 平 整 冰 提 取 结 果 示 意 图 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 第 三 步 ， 识 别 沿 岸 固 定 冰 冰 型 ， 修 正 其 所 对 应 的 厚 度 范 围 。基 于 遥 感 数据 提 取 厚 度相 关 信 息 的步 骤 （ 沿 岸 固 定 冰 提 取 结 果 示 意 图 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 检 验 论 文 研 究 对 最 敏 感 光 谱 范 围 的 确 定 ， 及 对 反 射 率 值 按 冰 型 类 型 划 分 值域 范 围 的 准 确 性 。针 对 Modis数 据 的 渤 海 海 冰 厚 度 信 息 提 取 方 法 的 验 证 2006年 1月 22日 （ 同 步 实 测 点 位 置 及 对 应 的 影 像 厚 度 范 围 划 分 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 NOAA/AVHRR影 像 的 冰 厚 信 息 提 取 分 析 选 择 2002年 1月 23日 的 影 像 进 行 分 析 。 AVHRR影 像 第 1通 道 的 划 分 范 围 是 对 比Modis影 像 的 冰 厚 信 息 提 取 结 果 来 确 定 的 ， 划 分 范 围 是 尼 罗 冰 、 莲 叶 冰 （ 反 射率 值 ： 0.074-0.147） 、 灰 冰 （ 反 射 率 值 ： 0.148-0.162） 、 灰 白 冰 （ 反 射 率 值 ：0.163-0.195） 、 堆 积 冰 、 积 雪 （ 反 射 率 值 ： 0.196-0.370） 。 陆 地 陆 地Modis AVHRR 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 建 立 分 类 类 型 定 义 渤 海 北 部 典 型 冰 情 分 析 2001/2002、 2002/2003、 2004/2005三 个 冬 季 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 典 型 冰 情 类 型 图 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 尼 罗 冰 、 莲 叶 冰 和 灰 冰 是 近 年 来 分 布 最 广 的 冰 型 ， 随 着 厚 度 范 围 层 级 的 提升 ， 其 分 布 面 积 不 断 减 小 。（ 冰 型 叠 加 分 类 的 类 型 像 元 总 数 统 计 ） 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 结 论 和 讨 论 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 结 论 1 论 文 采 取 两 种 方 法 来 实 现 高 时 间 分 辨 率 影 像 中 结 冰范 围 信 息 准 确 提 取 ； 为 提 高 信 息 提 取 的 精 度 ， 采 用 成 像模 型 逆 处 理 的 方 法 剔 除 伪 海 冰 像 元 ， 采 用 动 态 确 定 端 元的 方 法 对 冰 水 混 合 像 元 的 线 性 分 解 。 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 对 于 洁 净 的 单 层 平 整 冰 ， 随 着 其 厚 度 的 增 加 ， 总体 水 平 上 在 可 见 光 反 射 率 是 随 之 呈 非 线 性 的 递 增 趋 势 ；在 厚 度 的 连 续 增 加 变 化 中 ， 反 射 率 并 不 是 连 续 变 化 的 过程 ， 而 是 表 现 为 一 种 阶 梯 状 递 增 的 形 式 ， 并 分 出 了39cm， 1019cm， 2036cm三 个 层 次 ， 其 最 大 值 在0.26附 近 。结 论 2 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 根 据 海 上 自 然 海 冰 的 反 射 光 谱 实 验 分 析 ， 论 文 首先 筛 选 出 针 对 海 冰 厚 度 信 息 提 取 的 最 佳 遥 感 波 段（ Modis： CH4） ， 提 出 了 基 于 该 波 段 厚 度 范 围 的 划 分界 线 值 ； 通 过 两 个 波 段 的 比 值 信 息 ， 进 行 洁 净 冰 型 和沿 岸 固 定 冰 型 的 厚 度 范 围 区 间 的 调 整 。结 论 3 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 对 于 冰 厚 信 息 提 取 ， 基 于 可 见 光 反 射 率 的 方 法 比较 有 效 的 领 域 是 薄 冰 （ 厚 度 小 于 40cm） 和 裸 冰 （ 无积 雪 、 污 染 物 覆 盖 ） ， 对 厚 冰 和 有 积 雪 覆 盖 误 差 明 显增 大 。 而 基 于 热 平 衡 原 理 的 方 法 可 以 部 分 克 服 反 射 率信 息 的 局 限 ， 可 开 展 相 关 的 影 像 热 辐 射 信 息 的 研 究 。讨 论 1 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 渤 海 初 生 冰 冰 面 光 滑 ， 堆 积 冰 与 冰 脊 表 面 凹 凸不 平 ， 这 些 都 可 作 为 影 响 雷 达 回 波 强 弱 的 信 息 ， 产生 图 像 亮 暗 区 别 。 考 虑 雷 达 的 全 天 候 性 能 ， 和 不 受海 雾 影 响 的 优 势 ， 应 开 展 SAR影 像 （ 尤 其 是ScanSAR模 式 ） 和 ENVISAT影 像 的 海 冰 监 测 研 究 。讨 论 2 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 对 于 冰 水 分 离 方 法 ， 如 果 能 获 取 更 细 致 光 谱 性 能的 遥 感 数 据 ， 就 有 可 能 采 用 全 局 阈 值 法 提 取 较 准 确 的结 冰 范 围 信 息 。 在 使 用 高 空 间 分 辨 率 影 像 中 ， 宽 阔 海区 各 种 冰 盘 边 缘 交 叠 及 其 内 部 裂 纹 和 厚 度 一 起 成 为 该像 元 的 反 射 光 谱 的 影 响 因 素 ， 需 考 虑 一 些 订 正 工 作 。讨 论 3 高 时 间 分 辨 率 遥 感 影 像 中 渤 海 海 冰 信 息 的 提 取 研 究 敬请各位老师批评指正！
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