[發(fā)明專利]一種基于單光子激光測高數(shù)據(jù)的海冰厚度估算方法

有效

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• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113063360B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設計）人: 劉俊;劉靜云
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01S13/88;G01S7/41
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權代理有限公司 31225
• 代理人: 宣慧蘭

本發(fā)明涉及一種基于單光子激光測高數(shù)據(jù)的海冰厚度估算方法，包括以下步驟：獲取ICESat?2衛(wèi)星和CryoSat?2衛(wèi)星測得的原始數(shù)據(jù)；基于原始數(shù)據(jù)計算積雪深度初始值；計算100km×100km網(wǎng)格內(nèi)的平均積雪深度初始值和平均總干舷高度；基于冰橋計劃數(shù)據(jù)構建雪深重分布模型；計算海冰厚度，得到海冰厚度矢量點數(shù)據(jù)，再進行柵格化處理，得到海冰厚度柵格數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用CryoSat?2衛(wèi)星和ICESat?2衛(wèi)星的測量數(shù)據(jù)，考慮了積雪表面的散射導致Ku波段的回波，計算得到積雪深度初始值，進而構建雪深重分布模型再次計算積雪深度，提高了積雪深度的精度，提高了后續(xù)海冰厚度計算的精度。

技術領域

本發(fā)明涉及遙感極地與海洋應用技術領域，尤其是涉及一種基于單光子激光測高數(shù)據(jù)的海冰厚度估算方法。

背景技術

近年來，因全球變暖，全球氣候變化成為重要的研究課題。海冰的消融會對全球產(chǎn)生一系列影響，導致北極溫度增加，而海冰厚度決定著海、氣交換的熱通量，影響著海冰的熱力學和動力學過程，同時海冰厚度的短期變化和長期趨勢是氣候變化的重要指標，所以海冰厚度是海冰最重要的參數(shù)之一，因此，海冰厚度的監(jiān)測對研究氣候變化具有重要意義。

海冰的厚度觀測可以采用直接觀測和間接觀測兩種手段，直接觀測手段包括鉆孔測量、水下聲吶、走航觀測和電磁感應，間接觀測手段指的是微波遙感和衛(wèi)星測高。受技術的限制，直接觀測手段一般只能測量局部的海冰厚度，不能獲取大尺度時空連續(xù)的海冰厚度信息。Laxon等首次應用衛(wèi)星測高于海冰厚度探測，他們使用了ERS-1/2雷達高度計數(shù)據(jù)估算了北極海冰厚度，通過與潛艇聲吶數(shù)據(jù)的驗證表明，衛(wèi)星測高是估算大尺度海冰厚度的有效途徑。

衛(wèi)星測高通過對海冰表面和海水表面進行區(qū)分，根據(jù)獲取的兩種不同表面反射的信號得到海冰干舷(即海冰超過海水表面部分)的高度，估算冰密度和積雪密度，假設靜力平衡狀態(tài)計算出海冰厚度。這種方法在Envisat、CryoSat-2等雷達高度計衛(wèi)星都得到很好的應用，但是，海冰表面存在積雪，由于雷達高度計自身的穿透性，雷達波很有可能在海冰和積雪的交界處反射，而不是從積雪表面反射，因而海冰表面的積雪是導致海冰厚度估算誤差的重要因素。

發(fā)明內(nèi)容

ICESat-2(Ice Cloud and land Elevation Satellite)衛(wèi)星提供了高精度的單光子測高數(shù)據(jù)，本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種基于單光子激光測高數(shù)據(jù)的海冰厚度估算方法，采用CryoSat-2衛(wèi)星和ICESat-2的測量數(shù)據(jù)，考慮了積雪表面的散射導致Ku波段的回波，計算得到積雪深度初始值，進而構建雪深重分布模型再次計算積雪深度，提高了積雪深度的精度，提高了后續(xù)海冰厚度計算的精度。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種基于單光子激光測高數(shù)據(jù)的海冰厚度估算方法，包括以下步驟：

S1：獲取ICESat-2衛(wèi)星測得的ATL10原始數(shù)據(jù)，包括總干舷數(shù)據(jù)和經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；獲取CryoSat-2衛(wèi)星測得的原始數(shù)據(jù)，包括冰干舷數(shù)據(jù)和經(jīng)緯度數(shù)據(jù)；

S2：基于總干舷數(shù)據(jù)和冰干舷數(shù)據(jù)計算積雪深度初始值：

η_s＝[c/c_s]×ρ_s

其中，h_s0表示積雪深度初始值，h_f表示ICESat-2衛(wèi)星測得的總干舷高度，h_fi表示CryoSat-2衛(wèi)星測得的冰干舷數(shù)據(jù)，η_s表示Ku波段的折射率，c表示光速，c_s表示雷達波的速度，ρ_s表示積雪密度；