北极海冰

摘要： 北极海冰作为一个巨大的淡水资源库,每年向全球输送大量淡水资源,从北极输出的海冰在向南输送的过程中融化,对海洋水循环与水环境产生影响,进而影响全球气候变化,弗雷姆海峡作为北极海冰输出的主要通道,对其研究显得尤为重要。为了解弗雷姆海峡海冰长期输出量,利用美国冰雪数据中心(NSIDC)发布的海冰密集度、海冰厚度与海冰漂移速度数据,计算得到1979年至2019年弗雷姆海峡海冰输出面积通量与2010至2019年弗雷姆海峡海冰输出体积通量,并在此基础上分析弗雷姆海峡近40 a海冰输出量的变化状况以及弗雷姆海峡海冰输出的年际变化、季节变化,并分析了影响弗雷姆海峡海冰输出量的可能原因。结果表明:近40 a弗雷姆海峡年均海冰输出面积通量为7.83×10^(5)km^(2),近10 a弗雷姆海峡海冰年均输出体积通量为1.34×10^(6)km^(3),从长期来看,弗雷姆海峡海冰输出面积通量呈略微增加趋势,弗雷姆海峡海冰输出体积通量在2010—2019年整体呈下降趋势,且变化幅度很大,在2015年与2019年呈现出海冰低输出。总体而言,弗雷姆海峡海冰输出量变化趋势并不明显,但显示出较大的年际与季节变化,海冰输出主要发生在冬季与春季,海冰密集度与海冰漂移速度对于弗雷姆海峡海冰输出量有关键影响。

摘要： 本文分析了亚洲中高纬度地区(MHA)年际尺度夏季干旱的主模态时空变化特征,以及影响第一模态的主要影响因子和可能的物理过程.结果显示该区域夏季干旱第一模态主要呈现一个南北偶极性的分布.而影响MHA夏季干旱的主要影响因子为前春北极海冰.当春季斯瓦尔巴群岛附近海冰偏多,而巴伦支海-喀拉海海冰减少时,通过冰-气相互作用,使得MHA北部春季降水增加,雪深加厚,土壤湿度偏高,而南部则相反.然后这样的土壤湿度条件从春季持续到夏季,通过土壤湿度-大气反馈影响夏季MHA降水和温度变化,最终对夏季干旱主模态产生影响.

摘要： 基于华北区域均一化站点气温资料、NCEP/NCAR大气再分析资料、CFSR大气再分析资料以及NOAA高分辨率北极海冰密集度资料,对比研究了1990年代与2000年代华北寒潮的差异及其与秋、冬季北极海冰的联系。结果表明:影响华北的区域性寒潮事件在1990年代(2000年代)发生的频次为1957~2011年最多(少),但寒潮平均强度偏弱(强),冷空气大多源自格陵兰岛(新地岛)附近,取偏西(偏北)路径进入华北。秋、冬季新地岛附近以及巴芬湾附近海冰在2000年代初显著减少,导致1990年代与2000年代出现显著环流差异:1990年代(2000年代)极区位势高度存在负异常(正异常),欧亚大陆大型槽脊波动较弱(强),绕极区西风较强(弱),东亚大槽较弱(强),西伯利亚高压较弱(强),使得华北寒潮在两段时间出现上述差异。

摘要： 极地海冰在全球气候变化中扮演着重要角色。在全球变暖背景下,北极海冰正在以过去千年来所未有的速率消退,预计到21世纪中叶或更早,北极海域将面临夏季无冰的状况。北极海冰减少不仅改变北极地区的生态和环境,还通过大尺度的海气环流影响中纬度地区,甚至是全球的天气和气候。文章简要介绍了北极海冰消退的特征和主要驱动机制,并对未来北极海冰消退机理研究进行了展望。

摘要： 南极冰川融化,北极海冰减少,极圈内地区夏季平均气温不断升高,酷暑高温天或暴雨灾害不断袭来,蝗灾、火灾、地震频发……同时,地球环境的变化也影响着人类和生物的活动,从阿拉斯加海鸟的大批死亡,澳大利亚海域的珊瑚白化,到农作物的减产,乃至啤酒价格的飙升……

摘要： 北极海冰下降意味着北极野生生物的栖息地在逐渐减少。该项目通过反渗透进行脱盐技术来制造新冰并扩大该栖息地。

摘要： 基于北极海冰密集度、海冰范围、大气环流和海温数据,研究了1982—2001年与2002—2021年两阶段各20 a间北极秋季海冰的时空变化特征及其原因。结果表明,近20 a(2002—2021年)北极海冰密集度的下降中心由过去(1982—2001年)的楚科奇海及白令海峡一带,转移至亚欧大陆海岸的巴伦支海附近,且海冰范围每10 a减少量由0.44×10^(6) km^(2)增长至0.72×10^(6) km^(2),减少速度加快约64%。秋季北极海冰范围与海水表面温度(Sea Surface Temperature,SST)、表面气温(Surface Air Temperature,SAT)及比湿(Specific Humidity)均呈显著负相关。2002—2021年的相关系数较1982—2001年有所提高,且与温度相关系数最高的月份提前了一个月。通过对海水表面温度、表面气温、比湿、气压场和风场的经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)可知,1982—2001年间,北极地区的温度及比湿的上升中心集中在楚科奇海及白令海峡一带;2002—2021年间,上升中心则转移至巴伦支海一带。气压场和风场在前后两阶段也出现了中心转移的分布变化。北极地区大气与海洋环流各因素的协同变化影响着北极海冰的消融。

摘要： 文章通过对国内外文献查阅梳理,得到北极海冰面积、厚度变化、海浪及海流等水文特征变化规律,归纳了北极海冰变化机制以及海冰与海浪相互作用等研究重点,多层次、多角度探究了北极水文特征变化的前沿热点和发展趋势。由于北极地区气候变化的复杂性,未来对北极水文特征变化的研究仍具有较大的探索空间,应在北极环境技术、数据库建设和冰浪相互作用等方面进行深入的研究分析,为中国北极冰情预测、航道应用提供数据支撑和科学参考。

摘要： 本文研究了前期冬季北极海冰与中国东部春季极端降水频次的联系及其可能机制,并进一步探讨了海冰异常信号对极端降水的预测价值。结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常与中国东部春季极端降水频次经验正交分解第一模态(EOF1)之间存在密切联系。当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏多时,冬季大气环流呈现出类北大西洋涛动(NAO)正位相的异常分布,并伴随经向的北大西洋三极型海温异常。该海温异常可以从冬季持续到春季,进而激发出从北大西洋到欧亚中纬度的纬向遥相关波列,在东亚地区引起气旋型环流异常。该气旋型环流异常会引起中国东部地区湿度显著增加,上升运动增强,从而为该地区极端降水的发生提供了有利的背景条件。相反,当前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常偏少时,其滞后引起的春季环流异常则不利于中国东部地区极端降水的发生。进一步的交叉检验结果表明,前冬戴维斯海峡—巴芬湾区域海冰异常信号对中国东部春季极端降水具有重要的预测价值。

摘要： 利用1979—2019年NECP/DOE(NCEP2)月平均500 hPa位势高度数据,基于各季节东亚大槽的频率分布特征,客观地确定了东亚大槽的槽区范围和东亚大槽强度指数。在此基础上,分析了夏季东亚大槽减弱与北极海冰变化的关系,结果表明:1980—2019年各季节东亚大槽强度均存在年代际减弱趋势,其中夏季减弱趋势最显著,可能与全球变暖导致的北极海冰快速融化有关。在年际尺度上,夏季东亚大槽强度减弱主要受前期夏秋季海冰的影响。当前一年夏季北极涛动为负位相时,受北极高压异常影响,海冰分布呈现格陵兰岛东部和加拿大群岛高密集度冰区海冰增加,欧亚-太平洋扇区季节性冰区海冰减少的偶极子型分布特点。在海冰反照率正反馈机制的作用下,秋季融冰区范围扩大,有利于极区的行星波1波异常信号上传至平流层。春季平流层的位势高度正异常信号在有利的行星Rossby波垂直传播条件下向南扩张并在东亚一侧下传,且一直持续到夏季,直接影响到东亚中纬度地区,使得东亚大槽减弱。

摘要： 北极海冰表面积雪的变化影响大气与海洋的能量收支平衡,对全球气候系统有着至关重要的作用.海冰表面积雪深度是精确估算海冰厚度的重要输入参数.针对如何应用不同机构发布的被动微波遥感积雪深度产品问题,比较了国际主流机构发布的基于三种传感器的四种积雪深度产品,并利用物质平衡浮标与机载雪雷达观测的积雪深度数据进行验证和评估.结果表明,德国不莱梅大学(UB)发布产品的海冰表面积雪深度大于美国雪冰数据中心(NSIDC)与美国航天航空局(NASA)产品的积雪深度,平均差异达到10cm;四种积雪产品中,NSIDC AMSR-E积雪深度产品精度最优;对比UB发布的不同传感器积雪深度发现,SSMIS(Special Sensor Microwave Imager Sounder)传感器反演的积雪深度相比AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System)积雪深度与观测值的偏差与均方根误差较小,精度更高;不同机构发布的积雪深度产品虽存在精度上差异,但总体都能较好地反映北极海冰表面积雪深度的时空变化.分析和验证不同机构发布的不同传感器积雪深度产品的差异和精度,可为进一步估算北极海冰厚度并分析北极航道适航性提供依据,为北极海冰与气候变化研究提供参考.

摘要： 本文利用1950-2015年间Hadley环流中心海冰和海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响,并从大气环流和净表面热通量两个角度探讨了可能的物理机制.结果表明,在ENSO事件发展年的夏、秋季节,EP型与CP型El Ni(n)o事件与北极海冰异常的联系无明显信号.而La Ni(n)a事件期间北极海冰出现显著异常,并且EP型与CP型La Ni(n)a之间存在明显差异.EP型La Ni(n)a发生时,北极地区巴伦支海、喀拉海关键区海冰异常减少,CP型La Ni(n)a事件则对应着东西伯利亚海、楚科奇海地区海冰异常增加.在EP型La Ni(n)a发展年的夏、秋季节,热带太平洋海温异常通过遥相关波列,使得巴伦支海、喀拉海海平面气压为负异常并与中纬度气压正异常共同构成类似AO正位相的结构,形成的风场异常有利于北大西洋暖水的输入,同时造成暖平流,偏高的水汽含量进一步加强了净表面热通量收入,使得巴伦支海、喀拉海海冰异常减少.而在CP型La Ni(n)a发展年的夏季,东西伯利亚海、楚科奇海关键区受其东侧气旋式环流的影响,以异常北风分量占主导,将海冰从极点附近由北向南输送到关键区,海冰异常增加,而净表面热通量的作用较小.

摘要： 北极海冰的急剧消融在近年来欧亚大陆频发的低温事件中扮演着关键角色.秋季北极海冰的偏少对应着冬季欧亚大陆的低温天气,然而二者的联系在年代际和年际两种时间尺度上存在显著区别.本文运用1979-2012年哈德莱中心第一套海冰覆盖率(HadISST1)、欧洲中心(ERA_Interim)的2m温度、风场、海平面气压场、高度场等资料,分别研究了年代际和年际时间尺度上前期秋季北极海冰与欧亚冬季气温的联系.结果表明,欧亚和北极地区(0°-160°E,15°N-90°N)的冬季气温具有显著的年代际和年际变化.在年代际尺度上,温度异常分布在21世纪初由北极冷大陆暖转为北极暖大陆冷.这一年代际转折与前期秋季整个北极地区的海冰年代际减少联系密切.秋季北极全区海冰年代际偏少对应冬季欧亚大陆中高纬地区的高压异常,有利于北大西洋的暖湿气流北上和北极的冷空气南侵,造成北极暖大陆冷的温度分布;而在年际时间尺度上,全区北极海冰对欧亚冬季气温的影响远不及位于北冰洋西南边缘的巴伦支海、喀拉海和拉普捷夫海西部(30°E-120°E,75°N-85°N)的关键区海冰影响显著.关键区内海冰的偏少会引发冬季的北大西洋涛动负位相,导致北大西洋吹往欧亚大陆的暖湿气流减弱和欧亚大陆中高纬地区的气温偏低.

摘要： 本文中分析了大气经向热量输送通量和北极夏秋季海冰变化相互关系，重点研究大气经向热量输送对夏秋季北极海冰的影响机制。

摘要： 本文利用1979-2014年NSIDC逐月海冰密集度资料、1948-2014年NCAR-NCEP逐日位势高度和风场资料、1979-2014年ECMWF逐月要素场资料，研究7月欧亚三个高频区阻塞高压对后期8-9月北极海冰面积的影响，希望揭示夏季欧亚阻塞高压对海冰面积异常变化的作用机制。

摘要： 文章首先就北极海冰变化与中、高纬度地区天气气候和极端天气事件之间联系的研究进展及其不确定性进行概述回顾。其次汇报研究组三方面的近期研究成果，包括秋季北极海冰对北极涛动和冷冬影响的观测和模拟分析，夏季海冰减少对北半球中纬度夏季高温的抑制作用，北极海冰异常对北极涛动和北半球气候的可预报性等。

摘要： 从1979年有卫星记录以来,全年北极海冰范围呈现下降的趋势,尤其九月份下降趋势最明显.数据显示北极海冰分布范围的最小值出现在2012年九月份,其次是2007年九月份.虽然2012年和2007年九月份海冰分布范围都达到极小值,但这两年融冰区域空间分布有显著差异.海冰的融化一般是从夏季六月份开始,在九月份时海冰达到最小值,所以本文主要通过分析夏季底层大气环流模态和海洋上层的温度来解释两次北极海冰极小值年份海冰空间分布差异的原因.首先,秋季北极海冰面积和夏季北极表面气温的相关系数超过了84％,表明表面空气温度是影响海冰融化的主要因素;其次,与气温有直接关系的海表面气压以及相应的风场也对海冰的融化有直接关联;再次,气温升高导致空气中水汽含量增加,作为温室气体的水汽对海冰融化有明显作用;最后,海冰的融化,改变了反照率,使得上层海洋吸收更多的热量,反过来又促进了海冰的融化,形成一种正反馈机制.

摘要： 已有研究指出2014年我国北方夏季干旱主要受北极海冰和暖池地区海温异常影响。本文对比分析2014和2015年的极端干旱，对我国北方夏季干旱的成因进行深入探讨，并对美国CFSv2的模式的季节预测结果在我国北方干旱与降水预测能力进行评估。

摘要： 大气边界层对极区海冰的作用主要体现在冰-气界面湍流通量上.动量通量影响海冰运动和冰脊形成,而感热和潜热通量影响冰面融化与融池分布特征.本文利用海冰模式CICE5.0，考虑了大气边界层粗糙度及稳定度变化因素，研究大气边界层湍流通量对极区海冰时空变化的影响。

摘要： 在气候变化日益显著和区域经济快速发展的大背景下,中国北方,尤其是华北平原冬季霾污染愈发严重,对环境、健康和交通等带来了极大的负面影响.近些年，气候条件往往处于有利于霾污染维持和增强的位相，是叠加在主因之上导致北方WHD发生显著增多的外因。需要注意的是，由于内外因的复杂性，导致某年WHD偏多或偏少的原因可能存在一定的差异，例如导致2013/2014和2014/2015年华北平原WHD显著偏多的成因就可能不同。随着针对气候影响因子和机理研究的积累，开展冬季霾的短期气候预测将逐渐变得可能起来，这将为科学防治雾-霾污染提供有效的科学支撑。

摘要： 本发明公开了一种基于牛顿积分神经动力学的北极海冰遥感图像提取方法，首先对原始的北极海冰遥感图像进行预处理，利用特征指数法获得特征光谱向量并计算自相关矩阵，然后基于约束能量最小化模型，构建针对海冰提取的有限脉冲响应线性滤波器，其次利用牛顿积分神经动力学算法求解，最后基于Otsu算法得到最佳提取阈值，完成北极海冰提取。与以往海冰提取算法相比，本发明所提出的算法能实现多源传感器获取的北极海冰遥感图像提取，并将约束能量最小化提取模型简化为线性等式方程数学模型的求解，大大提高北极海冰提取的普适性与简易性，并能有效针对北极区域进行海冰提取，削弱背景光谱信息，分离海水与海冰，得到较高精度的北极海冰提取结果。

摘要： 本发明涉及一种利用超分技术对北极被动微波遥感影像进行超分重建，并对其进行高分辨率海冰类型提取的极地海冰类型遥感监测方法，具体为一种基于超分技术的高分辨率北极海冰类型提取方法。其特征在于先对被动微波影像进行超分重建，再基于得到较高分辨率的超分影像提取海冰类型。本发明利用超分辨率重建的策略，先对极地海冰的被动微波遥感影像超分重建得到较高分辨率的影像，再在此基础上进一步实现极地海冰类型的高分辨率提取。

摘要： 本发明公开了一种基于多源卫星数据融合的北极海冰厚度空间分辨率改进方法，首先获取海冰厚度产品多源数据和海冰厚度实测资料，包括PIOMAS、CS2SMOS、APP‑x和CPOM四种海冰厚度产品和ULS、IMB、IceBridge三种海冰厚度实测资料；然后对获取的海冰资料进行预处理，将月资料展开为日数据，对冗余的实测资料进行降采样后与海冰产品进行时空匹配；基于ULS的长时间序列实测资料，选取精度最高的日产品与空间分辨率高的月产品作为待融合资料，代入Diva模型进行数据融合；设计多组参数方案，选取效果最好的参数确定融合模型的参数；最后通过波数谱对比各产品的空间分辨率，检验融合效果；本发明提供的方法通过Diva插值融合了不同产品的优点，可以显著提高产品的时空分辨率。

摘要： 本发明涉及一种综合校正北极海冰厚度反演的方法，属于卫星遥感海冰厚度反演技术领域，包括如下步骤：步骤S1：下载卫星数据并建立数据库；步骤S2：结合卫星数据使用分层积雪的微波发射模型模拟FY3B/MWRI的亮度温度TBs对积雪深度变化进行相关性分析，并确定最佳参数；步骤S3：根据最佳参数推导出一年冰和多年冰下的积雪深度的反演公式，利用公式反演出积雪深度数据；步骤S4：使用积雪深度数据对积雪深度的网格数据进行再分布；步骤S5：推导得出改进的CryoSat‑2雷达穿透率；步骤S6：构建海冰厚度反演方程；步骤S7：将数据代入海冰厚度反演方程，得到海冰厚度。本发明构建的海冰厚度反演方程有效提高了反演结果的准确性，能获得更准确的北极海冰厚度。

摘要： 本发明涉及基于SAR数据的北极海冰分类方法，包括以下步骤：获取SAR数据经预处理后得到RGB假彩色图像；利用RGB假彩色图像和冰图构建海冰数据集；建立神经网络模型，利用海冰数据集进行训练，得到北极海冰分类器；将待识别的SAR数据经预处理后得到待识别的RGB假彩色图像，将待识别的RGB假彩色图像通过北极海冰分类器进行北极海冰分类。本发明降低了热噪声和入射角对图像质量的影响，增强了地物特征和图像可读性。制作海冰数据集时，使用开运算完成了无效像元值的自动去除，减少人工干预。使用transformer作为主干神经网络，配合合适的优化器、损失函数和超参数，不仅可以实现多种海冰类型的识别，而且可以提高北极海冰分类精度。

摘要： 本发明公开了一种现场观测和卫星遥感联合反演北极海冰积雪深度方法，属于卫星遥感积雪深度反演技术领域。包括如下步骤：下载卫星遥感数据和现场观测数据并建立相应数据库，对其进行极地网格重构；基于干舷误差修正方程获取雷达穿透因子计算公式；将多种现场观测数据和卫星测高数据代入该公式，通过高斯拟合推导出北极一年冰和多年冰上的雷达穿透率；结合雷达穿透率和速度校正理论构建积雪深度反演方程；将数据带入积雪深度反演方程，得到积雪深度。本发明构建的积雪深度反演方程能有效提升利用卫星遥感反演北极海冰上积雪深度的精度，同时反演数据具备更广的时空覆盖范围。

摘要： 本发明提供了基于长短期记忆网络模型的多变量北极海冰面积预测方法，属于北极海冰面积预测技术领域，该基于长短期记忆网络模型的多变量北极海冰面积预测方法包括以下步骤：S1，数据准备及预处理：获得t日之前的t‑3、t‑2、和t‑1的N个变量的观测数据，并对N个变量的观测数据进行归一化处理，将处理后的N个变量的观测数据通过时间滑窗进行时间步的拼接，生成序列数据样本集；通过将LSTM模型与CNN模型或者Attention模型结合使用的策略，使得CNN+LSTM网络模型和LSTM+Attention网络模型具备了提取高维特征能力，及筛选出部分重要信息并赋以较大权重的能力，解决了易出现序列信息丢失，难以刻画数据间结构的问题，进而提高了模型预测的准确度。

摘要： 本发明公开了一种基于牛顿积分神经动力学的北极海冰遥感图像提取方法，首先对原始的北极海冰遥感图像进行预处理，利用特征指数法获得特征光谱向量并计算自相关矩阵，然后基于约束能量最小化模型，构建针对海冰提取的有限脉冲响应线性滤波器，其次利用牛顿积分神经动力学算法求解，最后基于Otsu算法得到最佳提取阈值，完成北极海冰提取。与以往海冰提取算法相比，本发明所提出的算法能实现多源传感器获取的北极海冰遥感图像提取，并将约束能量最小化提取模型简化为线性等式方程数学模型的求解，大大提高北极海冰提取的普适性与简易性，并能有效针对北极区域进行海冰提取，削弱背景光谱信息，分离海水与海冰，得到较高精度的北极海冰提取结果。

摘要： 本发明提供的基于中法海洋卫星散射计的北极海冰分类方法，方法步骤包括：获取中法海洋卫星同极化的全球条带数据，根据全球条带数据生成散射计影像；散射计影像中包括第一冰区像元；获取亮温数据，通过阈值分割，从亮温数据中提取得到第二冰区像元；联合第一冰区像元和第二冰区像元得到海冰像元，根据海冰像元的后向散射系数以及亮温数据，将海冰像元进行分类；分类结果包括一年冰和多年冰；方法能够实现对源数据的自适应，提高了分类结果的精度及稳定，增强分类算法跨的普适性，可广泛应用于北极海冰遥感技术领域。

摘要： 本发明公开了一种北极海冰密集度的计算方法，方法包括：经过大气校正处理后进行海冰密集度反演，得到海冰密集度计算结果。本发明能够提高海冰密集度反演精度，为提高和促进国产风云卫星在极地环境监测的应用提供有效的支持和保障，可广泛应用于数据处理技术领域。