[發明專利]一種利用光譜特征提取極地海冰融池的方法

無效

• 申請號: 201410169032.4
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN104007443A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 柯長青;鄧娟;林輝;馬東輝;李創
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/48
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

技術領域

本發明涉及一種提取極地海冰融池的方法，屬于遙感地學應用技術領域。?

背景技術

極地海冰的融池會降低海冰表面反射率，并且會加快極地海冰的融化。夏季北極海冰表面有50％-60％的融池。一年冰覆蓋的平坦區域，融池甚至達到了90％。當吸收的太陽短波輻射增加，海冰表面氣溫大于冰點時，海冰開始融化，在表面形成融池。融池使海冰反射率從大約0.8降到0.5。融池的出現極大地影響到海冰、大氣與海水之間的輻射平衡，同時對海冰反射回饋的強度影響也很大。因此，極地海冰融池的空間分布研究有重要意義。?

在北極不同地區開展的眾多海冰表面觀測和船基走航觀測，其目的是研究融池的反射率、光譜特征以及融池的大小和分布等。由俄羅斯繪制的海冰圖集就是基于航空和海冰表面觀測的北極部分融池分布圖。?

不同表面類型的總體光譜和反射率可以從光譜曲線庫中查到。水體的值在0.06左右，融池為0.29，而冰雪為0.87。?

融冰期與地表吸收的太陽輻射有關。在北冰洋南部，如白令海和哈德遜灣，4月中旬可以觀測到海冰融化過程。在北極地區中部，6月開始有海冰融化，6月中旬，海冰表面已經有很多融池。?

融池是隨著雪的融化開始的，冰或雪融化后的水聚集在表面凹陷處或者其它地表形變處。相比于多年冰不規則的表面形態，表面平整的一年冰更易于形成大的融池。多年冰上形成的融池面積較小，但個數多，而一年冰上形成的融池面積較大，個數少。由于水的對流，其熱量傳遞要超過冰的熱量傳遞。由于融池的反射率低，也使得更多的熱量會被融池周圍的冰吸收。這兩方面的因素會導致融池周圍冰的融化速度是裸冰融化速度的2-3倍。這樣，融池會逐漸變深，直到融透整個冰層。但是隨著融池深度的增加，融池的直徑逐步減小。融池中的水溫是高于冰點的，隨著熱水的下沉，熱量傳遞會將底部的冰融化。在?每年的8月末到9月初，隨著氣溫的降低，融池中的水會重新凍結，融池也逐漸減少。到北極降雪時，融池基本被雪覆蓋，這時海冰表面反射率會增加。?

發明內容

本發明的目的是為提取極地海冰融池的覆蓋率而提出的，一種過程簡單、運算速度快的融池提取方法。?

本發明利用光譜特征提取極地海冰融池的方法，其步驟包括：?

第一步、將MODIS遙感影像的MOD09A1反射率數據由正弦曲線投影轉換為極地方位投影；?

第二步、從完成投影轉換的影像中提取目標區域的圖像數據，并提取每個像元在λ₃、λ₁、λ₂波段的反射率值；?

第三步、根據水體、冰雪和融池的光譜曲線，得到水體、冰雪和融池分別在λ₃、λ₁、λ₂波段的光譜反射率；?

第四步、針對目標區域內的每個像元，根據光譜反射率與水體、冰雪和融池三者覆蓋率的關系，建立多元線性方程組，并求解獲得水體、融池、冰雪分別在像元內所占的百分比S_w、S_m、S_i；?

第五步、根據公式計算得到目標區域內所有像元的融池覆蓋比例；?

第六步、以像元的融池覆蓋比例為要素對目標區像元進行渲染制圖，獲得目標區融池比例分布圖。?

本發明方法使用的數據源為中分辨率成像光譜儀數據(MODIS)，MODIS數據包括36個波段，波長為0.4-14.4μm，空間分辨率為250-1000m。根據光譜特征，水體、冰雪和融池在MODIS數據中可以分離。將MODIS的象元值歸一化到0至1之間，計算得到融池的覆蓋度。?

本發明利用光譜特征提取極地海冰融池的方法，還具有如下進一步的特征：?

1、所述第一步投影轉換前，先查看MODIS反射率產品MOD09A1影像的地理?定位等信息，在遙感圖像處理軟件中對頭文件信息進行適應性修改，將原影像的正弦曲線投影轉換為極地方位投影。?

2、所述λ₃波段的波長范圍為459-479nm，λ₁波段的波長范圍為620-670nm，λ₂波段的波長范圍為841-876nm。?

3、所述第四步中，所述多元線性方程組為：?