Сравнение сплоченности ледяного покрова по данным спутниковой микроволновой радиометрии с данными визуальных судовых наблюдений

В работе представлено сравнение сплоченности ледяного покрова, определенной по данным спутниковой микроволновой радиометрии с помощью алгоритмов NASA Team, ASI и VASIA2, с данными специальных судовых наблюдений. Использовалась база данных визуальных наблюдений за ледяным покровом, полученная за время 15 экспедиций в Арктике. Сравнение проводилось по различным градациям сплоченности (редкие, разреженные, сплоченные, очень сплоченные и сплошные льды) отдельно для летнего и зимнего периодов. В среднем в летний период алгоритм NASA Team недооценивает сплоченность ледяного покрова на 1 балл по сравнению с данными судовых наблюдений, алгоритмы ASI и VASIA2 – на 0.5 балла. Все три алгоритма переоценивают общую сплоченность в зонах редких льдов и недооценивают – в зонах сплоченных, очень сплоченных и сплошных льдов. Максимальные средние ошибки характерны для разреженных льдов, которые наиболее часто наблюдаются в прикромочных районах. В зимний период средняя ошибка для всех алгоритмов составляет не более 1 балла по сравнению с данными судовых наблюдений, однако в редких и в сплоченных льдах средняя ошибка в зимний период существенно выше, чем в летний. Для оценки влияния процессов таяния на значения сплоченности, полученной по данным спутниковой микроволновой радиометрии, использовались судовые данные о степени разрушенности ледяного покрова. Средняя ошибка при максимальной площади снежниц на поверхности льда достигает –2.9 балла для алгоритма NASA Team, –2.8 балла для алгоритма ASI и –5.0 баллов для алгоритма VASIA2. Полученные результаты будут полезны для определения масштабов деградации ледяного покрова в Северном Ледовитом океане, наблюдаемого в последние годы.

Ключевые слова

спутниковая микроволновая радиометрия, алгоритмы, визуальные наблюдения, сплоченность льда, разрушенность льда

Источник финансирования

Работа выполнена при поддержке ФАНО (тема «Мониторинг», госрегистрация № 01.20.0.2.00164) (Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А.); при поддержке Минобрнауки РФ, соглашение № 14.616.21.0078 (RFMEFI61617X0078). Обработка спутниковых данных (алгоритмы NASA Team и ASI) проводилась в рамках гранта 2007/2008 от лаборатории Отто-Шмидта.

Получено

27.12.2018

Дата публикации

27.12.2018

Цитировать Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться

ГОСТ	Алексеева Т. А. , Шарков Е. А. , Тихонов В. В. , Фролов С. В. , Раев М. Д. , Репина И. А. , Соколова Ю. В. , Афанасьева Е. В. , Сероветников С. С. Сравнение сплоченности ледяного покрова по данным спутниковой микроволновой радиометрии с данными визуальных судовых наблюдений // Исследование Земли из космоса – 2018. – Номер 6 C. 65-76 [Электронный ресурс]. URL: http://ras.jes.su/izk/s020596140003369-6-1 (дата обращения: 27.04.2024). DOI: 10.31857/S020596140003369-6
MLA	Alekseeva, T., Sharkov, E., Tikhonov, V., Frolov, S., Raev, M., Repina, I., Sokolova, Yu, Afanaseva, E., Serovetnikov, S. "Comparing the Satellite Microwave and Visual Shipborne Sea Ice Concentration." Issledovanie Zemli iz kosmosa 6 (2018):65-76. DOI: 10.31857/S020596140003369-6
APA	Alekseeva T., Sharkov E., Tikhonov V., Frolov S., Raev M., Repina I., Sokolova Y., Afanaseva E., Serovetnikov S. (2018). Comparing the Satellite Microwave and Visual Shipborne Sea Ice Concentration. Issledovanie Zemli iz kosmosa (6), pp.65-76 DOI: 10.31857/S020596140003369-6

Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1642

Оценка читателей: голосов 0

1. Алексеева Т. А., Фролов С. В. Сравнительный анализ спутниковых и судовых данных о ледяном покрове в морях Российской Арктики // Исслед. Земли из космоса. 2012 г. № 6. С. 69–76.

2. Бондур В. Г. Аэрокосмические методы и технологии мониторинга нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса // Исслед. Земли из космоса. 2010. № 6. С. 3–17.

3. Бузин И. В., Алексеев Ю. Н. Методы активной борьбы с айсбергами // Ледяные образования морей западной Арктики. СПб.: ААНИИ, 2006. Ч. 2.3. С. 164–175.

4. Иванов В. В., Алексеев В. А., Алексеева Т. А., Колдунов Н., Репина И. А., Смирнов А. В. Арктический ледяной покров становится сезонным? // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 4. С. 50–65.

5. Лихоманов В. А., Степанов И. В. Интерпретация данных о ледяном покрове при расчете ледовых нагрузок на дно и шельфовые окружения // Ледяные образования морей западной Арктики. СПб.: ААНИИ, 2006. Ч. 2.1. С. 131–139.

6. Миронов Е. У. Ледовые условия в Гренландском и Баренцевом морях и их долгосрочный прогноз. СПб.: ААНИИ, 2004. 320 с.

7. Миронов Е. У., Фролов С. В. Влияние морского льда на судоходство и классификация опасных ледовых явлений. // Опасные ледовые явления для судоходства в Арк тике. СПб.: ААНИИ, 2010. Гл. 1. С. 12–32.

8. Наблюдения за ледовой обстановкой: уч. пос. СПб.: ААНИИ, 2009. 360 с.

9. Тихонов В. В., РепинаИ. А., Алексеева Т. А., Иванов В. В., РаевМ. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Комарова Н. Ю. Восстановление сплоченности ледяного покрова Арктики по данным SSM/I // Совр. пробл. дист. зондир. Земли из космоса. 2013. Т. 10. № 2. С. 182–193.

10. Тихонов В. В., Репина И. А., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Комарова Н. Ю. Комплексный алгоритм определения ледовых условий в полярных регионах по данным спутниковой микроволновой радиометрии (VASIA2) // Исслед. Земли из космоса. 2015. № 2. С. 78–93.

11. Тихонов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д. А., Репина И. А., Комарова Н. Ю. Спутниковая микроволновая радиометрия морского льда полярных регионов. Обзор // Исслед. Земли из космоса. 2016. № 4. С. 65–84.

12. Репина И. А., Тихонов В. В., Алексеева Т. А., Иванов В. В., Раев М. Д., Шарков Е. А., Боярский Д.А., Комарова Н. Ю. Электродинамическая модель излучения арктического ледяного покрова для решения задач спутниковой микроволновой радиометрии // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 5. С. 29–36.

13. Руководство по производству судовых специальных ледовых наблюдений. СПб.: ААНИИ, 2011.

14. Фролов И. Е., Гудкович З. М., Карклин В. П., Ковалев Е. Г., Смоляницкий В. М. Научные исследования в Арктике. Т. 2. Климатические изменения ледяного покрова морей Евразийского шельфа. СПб.: Наука, 2007. 158 с.

15. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во Московского унив., Наука, 2006. 582 с.

16. Юлин А. В. Вторжение труднопроходимых льдов на трассы плавания // Опасные ледовые явления для судоходства в Арктике. СПб.: ААНИИ, 2010. Гл. 8. С. 269–277.

17. Agnew T, Howell S. The Use of Operational Ice Charts for Evaluating Passive Microwave Ice Concentration Data // Atm. – Ocean. 2003. V. 41(4). Р. 317–331. doi: 10.3137/ao.410405

18. Andersen S., Tonboe R., Kern S., Schyberg H. Improved retrieval of sea ice total concentration from spaceborne passive microwave observations using numerical weather prediction model fi elds: An intercomparison of nine algorithms // Rem. Sens. Environm. 2006. V. 104. P. 374–392.

19. Beitsch A., Kern S., Kaleschke L. Comparison of AMSR-E sea ice concentrations with aspect ship observations around Antarctica. Proc. of the Geosci. and Rem. Sens. Symp. Munich, Germany, 22–27 July 2012.

20. Cavalieri D. J., Gloersen P., Wilheit T. T. Aircraft and satellite passive microwave observations of the Bering Seaice cover during MIZEX West // IEEE Trans. Geosci. Rem. Sens. 1986. V. GE-24. № 3. P. 368–377.

21. Comiso J. C., Sea ice eff ective microwave emissivities from satellite passive microwave and infrared observations // J. Geophys. Res. 1983. V. 88. P. 686–704.

22. Comiso J. C., Ackley S. F., Gordon A. L. Antarctic sea ice microwave signatures and their correlation with in situ ice observations // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. NO. C1. P. 662–672.

23. Gloersen P., Campbell W. J., Cavalieri D. J., Comiso J. C., Parkinson C. L., Zwally H. J. Arctic and antarctic sea ice, 1978–1987:

24. Satellite passive-microwave observations and analysis. Washington D. C.: NASA, 1992. 290 p.

25. Ivanova N., Johannessen O. M., Pedersen L. T., Tonboe R. T. Retrieval of Arctic sea ice parameters by satellite passive microwave sensors: a comparison of eleven sea ice algorithms // IEEE T. Geosci. Rem. 2014. V. 52. P. 7233–7246.

26. Ivanova N., Pedersen L. T., Tonboe R. T., Kern S., Heygster G., Lavergne T., Sorensen A., Saldo R., Dybkj?r G., Brucker L., Shokr M. Inter-comparison and evaluation of sea ice algorithms: towards further identifi cation of challenges and optimal approach using passive microwave observations // The Cryos. 9. 2015. P. 1797–1817, doi:10.5194/tc-9–1797–2015

27. Knuth M. A., Ackley S. F. Summer and early-fall sea ice concentration in the Ross Sea: comparison of in situ ASPeCT observations and satellite passive microwave estimates // Ann. Glaciol. 2006. V. 44. P. 303–309.

28. Meier W. N. Comparison of passive microwave ice concentration algorithm retrievals with AVHRR imagery in Arctic Peripheral Seas // IEE Transact. Geosci. and Rem. Sens. 2005. V. 43. № 6. doi: 10.1109/TGRS.2005.846151

29. Ozsoy-Cicek B., Ackley S. F., Worby A., Xie H., Lieser J. Antarctic sea-ice extents and concentrations: comparison of satellite and ship measurements from International Polar Year cruises // Ann. Glaciol. 2015. V. 52. P. 318–326.

30. Przybylak R. The Climate of the Arctic. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ., 2003. 271 p.

31. Tedesco M. Remote sensing of the cryosphere. Oxford, Engl.: JohnWiley & Sons, 2015.

32. Tikhonov V. V., Repina I. A., Raev M. D., Sharkov E. A., Ivanov V. V., Boyarskii D. A., Alexeeva T. A., Komarova N.Yu. A physical algorithm to measure sea ice concentration from passive microwave remote sensing data // Adv. in Space Res. 2015. V. 56. № 8. P. 1578–1589. DOI:10.1016/j.asr.2015.07.009

33. Tikhonov V. V., Boyarskii D. A., Sharkov E. A, Raev M.D., Repina I. A., Ivanov V.V, Alexeeva T.A., Komarova N.Yu. Microwave Model of Radiation from the Multilayer “Ocean-atmosphere” System for Remote Sensing Studies of the Polar Regions // Progr. in Electr. Res. B. 2014. V. 59. P. 123–133. DOI:10.2528/PIERB14021706

34. Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR-E89 GHz Channels // J. Geogr. Res. 2008. V. 113. № C2. doi: 10.1029/2005JC003384

35. Tonboe R. T., Eastwood S., Lavergne T., Sorensen A. M., Rathmann N., Dybkj?r G., Toudal Pedersen L., Hoyer J. L., Kern S. The EUMETSAT sea ice climate data record // The Cryosphere Disc. 2016. V. 10. P. 2275–2290. Doi: 10.519/tc-2016–34

36. Vavrus S., Harrison S. P. The impact of sea-ice dynamics On the Arctic climate system // Clim. Dyn. 2003. V. 20 (7–8). P. 741–757.

37. Worby A. P., Allison I. A technique for making ship-based observations of Antarctic sea ice thickness and characteristics: Pt. I. Observ. Techn. and results. Res. Rep. 14. P. 1–23. Hobart, Tasmania, Australia: Antarct. Coop. Res. Cent., Univ. of Tasmania, 1999.

38. Wiebe H. Validation of the ARTIST Sea Ice (ASI) Concentration Algorithm and Geolocation of the Microwave Radiometer AMSR-E data. Master Th., Inst. of Env. Phys. Univ. of Bremen, 2007. 84 pp.

39. Xiaoping P, Jian P., Xi Z., Quing J., Meng Q., Zian C. Comparison between AMSR2 sea ice concentration products and pseudo- ship observations of the Arctic and Antarctic sea ice edge on cloud-free days // Rem. Sens. 2018. V. 10. P. 317. doi:10.3390/rs10020317