一种利用ENVISATRA2雷达高度计探测极地海冰的方法
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卫星测高技术及应用✦第1章卫星测高技术发展及应用概述✦第2章卫星雷达高度计观测基本原理✦第3章卫星高度计观测误差✦第4章卫星测高波形理论与处理方法✦第5章卫星测高数据处理理论与方法✦第6章卫星测高反演海洋重力场理论与技术✦第7章卫星测高技术应用第1章卫星测高技术发展及应用概述卫星测高已成为全球气候观测系统(GCOS:Global Climate Observing System)和全球大地测量观测系统(GGOS:Global Geodetic Observing System)的一个重要组成部分。
海面高度:精度最高。
根据发射脉冲和接收脉冲间的时间间隔,确定卫星质心到星下点的距离,进而计算星下点的海平面高度有效波高(SWH):精度较高。
分析返回脉冲波形形状的特征,确定海洋的有效波高。
有效波高等于4倍海面的均方根波高。
海面风速:精度较低。
通过接受到的能量及其强度,可以获取雷达的地面后向散射系数,进而求定海面风速。
测高卫星简介:已结束测高任务:Skylab、GEOS3、SEASAT、GEOSAT、ERS1、T/P正在运行的测高任务:雷达测高:ERS2、 GFO、 JASON1、 ENVISAT、 JASON2(OSTM)激光测高:ICESat计划实施的测高任务: Cryosat、Saral(AltiKa)、HY-2、NPOESS 、 Sentinel3概念性卫星测高:Wittex、GPS测高、WSOA卫星搭载的仪器:合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar),用来提供高质量详细的海洋和陆地雷达图像;雷达散射计,用来测量近地面风速及其方向;多频段微波辐射计,用来测量地面温度、风速及海冰覆盖;雷达高度计,用来测量海面和浪高。
GEOSAT前后工作了近五年,首次提供了具有重复性、高分辨率、长期性高质量的全球海面高数据集,标志卫星测高技术进入了成熟阶段。
两种卫星序列时代的开始进入上个世纪90年代后,为了进一步改善仪器性能,高度计采用了两种不同的方法,卫星高度计从而进入了两个不同系列的时代。
海冰遥感监测技术研究第一章:引言海冰是指在海洋上形成的结冰层,是海洋的一个重要组成部分。
全球气候变化加剧,气温上升导致海冰面积减少,特别是北极地区,海冰稳定性大幅下降,这对气候变化可能产生很大的影响。
针对这个问题,科学家们一直在通过多种方法探测海冰的变化情况,其中遥感技术是一种非常有效的方法。
本文将对海冰遥感监测技术进行介绍和分析。
第二章:遥感监测技术简介遥感监测技术是通过利用飞机、卫星、无人机等远距离传感器设备采集特定数据来获取目标物体地理信息的技术。
利用遥感技术,科学家们可以测量海冰面积、厚度、形状、密度等参数,并将这些数据用于研究海洋和大气的相互作用和气候变化的影响。
遥感技术的优点是其高效性和非侵入性,因此可以最大程度地减少野外工作,节省人力物力成本的同时,保护环境。
第三章:海冰遥感监测技术的种类1.微波遥感微波遥感技术是通过卫星或飞机上的微波雷达,利用微波通过云层到达地面和反弹,测量反射或吸收的微波信息来检测海冰的位置和特性。
微波遥感可以在各种天气条件下进行,但其精度和分辨率较低。
此外,由于微波的穿透力不是很强,所以仅能探测到海冰的表面和一些厚度较低的海冰。
2.雷达遥感雷达遥感技术是通过卫星或飞机上的雷达设备,通过测得的雷达信号来分析海冰密度和形状。
该技术比微波遥感更准确,可以在更大的范围内测量海冰,但对于较厚的海冰,有时需要更高的频率探测来获得更高的分辨率。
3.激光遥感激光遥感技术是通过在卫星或飞机上安装激光测距仪来测量和记录海冰的高程和形状。
该技术具有高精度和高分辨率的优点,但受天气和太阳光等因素影响较大,仅限于白天和晴朗的天气中进行。
4.红外遥感红外遥感技术是通过在卫星或飞机上安装红外传感器来收集数据,通过分析传感器收集的海冰表面温度的变化确定海冰的位置和厚度。
该技术对于白天和晚上都可以进行,并且在雾和云层覆盖的情况下仍然有效,但在冬季和夏季的光照条件下会有局限。
第四章:海冰遥感监测技术的应用1.海洋渔业利用遥感技术监测海冰可以提供有关渔业资源的重要信息,包括海洋中所有的生物、营养和生态系统的变化。
欧空局ENVISAT卫星卫星参数:发射时间2002年3月1日(欧洲中部时间)运载工具阿里亚纳5号火箭发射重量8200公斤2050公斤有效载荷重量(仪器)设计寿命5年 ~ 10年星上仪器数量10轨道太阳同步,高度800公里轨道倾角98°单圈时间101分钟重复周期35天耗资大约20亿欧元主要参与国家奥地利,比利时,加拿大,丹麦,法国,芬兰,德国,意大利,挪威,西班牙,瑞典,瑞士,荷兰和英国例图Envisat-1简介习晓环编Envisat-1属极轨对地观测卫星系列之一(ESA Polar Platform),即将于今年7月升空。
该卫星是欧洲迄今建造的最大的环境卫星,也是费用最高的地球观测卫星(总研制本钱约25亿美元)。
星上载有10种探测设备,其中4种是ERS-1/2所载设备的改良型,所载最大设备是先进的合成孔径雷达(ASAR),可生成海洋、海岸、极地冰冠和陆地的高质量图象,为科学家提供更高分辨率的图象来研究海洋的转变。
其他设备将提供更高精度的数据,用于研究地球大气层及大气密度。
作为ERS-1/2合成孔径雷达卫星的延续,Envisat-1数据要紧用于监视环境,即对地球表面和大气层进行持续的观测,供制图、资源勘查、气象及灾害判定之用。
下面简要介绍该星的有关情形。
设计特点该极轨平台由两个舱组成,即有效载荷舱和效劳舱。
有效载荷舱带有观看地球和大气层的仪器。
平台和两个舱内部普遍采纳模块式结构,因此可容纳各个特制尺寸和容量的有效载荷。
效劳舱利用了SPOT4对地观测卫星的许多设备。
4个推动装置箱装有300kg的肼,供姿控和轨道操纵用,足以使效劳舱至少工作5年。
效劳舱还装有指令和操纵用的S-波段终端,也可供ESA以后的数据中继卫星系统利用。
该极轨平台的太阳帆板基于模块式原理,采纳ESA 的“尤里卡”可修复平台。
这是一种全新的平台,由装有太阳能蓄电池的刚性帆板组成,这些帆板发射时折叠,进入轨道后展开。
飞行任务的功率要求规定了需采纳多少太阳帆板:Envisat-1为14块帆板,提供功率。
极地科学考察中测绘技术的应用案例与实践经验分享极地科学考察是对极地地区自然环境和资源的深入研究,对于人类了解地球气候、生物多样性和环境变化具有重要意义。
而测绘技术在极地科学考察中的应用,为科学家们提供了必不可少的数据支持和定量分析手段。
一、海洋测绘技术在南极考察中的应用南极洲是地球上最遥远和最恶劣的地区之一,其极端的寒冷和冰冻的条件使得常规的测绘技术无法正常运作。
因此,在南极科考中,科学家们采用了多种海洋测绘技术来获取必要的地理和地貌信息。
首先,测绘人员利用声波测深技术来获取海底地形图。
南极洲附近的海域存在大量的浮冰和冰山,这些障碍物对于船只的安全航行具有严重威胁。
通过声波测深技术,可以快速、准确地绘制出浮冰和冰山的分布情况,为航行路线的选择提供了科学依据。
其次,由于南极洲的海冰覆盖率很高,传统的卫星测绘技术在此地区的应用受到了限制。
科学家们则采用了航空遥感技术,通过飞机或无人机悬停在一定高度上,利用雷达或激光仪器对地面进行扫描和测绘。
这种方法不仅能够获取海冰的分布情况,还可以获取到海冰的厚度、密度等重要参数,为冰盖演化和气候变化研究提供了宝贵数据。
二、陆地测绘技术在北极考察中的应用北极洲是地球上另一个重要的极地地区,其地貌特征和气候条件与南极洲存在很大差异。
在北极科考中,科学家们大量运用陆地测绘技术来获取地质地貌数据和气象信息。
对于北极洲的陆地测绘而言,卫星遥感技术是最常见的手段之一。
通过卫星对北极洲的图像进行拍摄和处理,科学家们可以获得高分辨率的地形图、植被分布图等。
特别是在北极洲的冰川研究中,卫星遥感技术能够提供大范围的数据支持,了解冰川运动规律、冰川融化速度等。
另外,北极洲的磁场、地磁场等地球物理参数也是极地科学考察的重要内容之一。
科学家们在北极洲进行地磁测量时,使用了磁力计和全站仪等仪器设备,通过测量磁场强度的变化,确定地质构造和地球内部物质的性质。
这些测量数据对于了解极地地区的地质演化和资源分布具有重要意义。
上网查是否能找到标准参考答案1、试总结分析微波与大气的相互作用过程大气对微波的衰减作用主要有大气中水分子和氧分子对微波的吸收,大气微粒对微波的散射。
水分子和氧分子具有的几种能量形式包括:平移动能,与轨道有关的电子能量,振动能量及转动能量。
当水分子和氧分子与周围的电磁场发生相互作用时,它们的能级会发生变化,这时它们就会吸收某一频率的微波辐射能量。
氧分子对微波的吸收中心波长位于0.253cm和0.50cm处,且氧分子对微波的吸收作用要强于水分子。
根据这些情况,一般可采用2.06-2.22mm、3.0-3.75mm、7.5-11.5mm和20mm以上的波长作为微波遥感的窗口(大气窗口),在这四个波段内大气的吸收作用是很小的。
微波在非降水云层中的衰减:由于水粒组成的云粒子一般直径很小,不超过100微米,比微波波长要小一两个量级,故对微波的散射满足瑞利散射条件,但这时散射作用比吸收作用小得多,一般可以忽略,微波的衰减主要由水粒的吸收引起。
微波在降水云层中的衰减:降水云层中的粒子主要有雨滴,冰粒,雪花和干湿冰雹等,其直径均大于100μm,有的可以达到几毫米(如雨滴)、几厘米(如冰雹),它们对微波的散射必须按米氏散射来分析。
这时的吸收情况十分复杂,散射作用一般是不能忽略的。
研究表明:当微波频率小于10.69GHz(约2.81cm)时,水滴的散射衰减作用已经逐渐小于吸收;当频率为4.805GHz (约6.3cm)时,散射作用只有吸收的十分之一;而当频率大于10.69GHz时,水滴的散射作用则完全不能忽略。
但如果不是暴雨和大雨,雨滴直径不超过2.5mm左右,而频率又不大于19.35GHz时,雨滴的散射作用比吸收小将近十倍,仍可予以忽略。
除上述外,云层本身也会发射出微波辐射而呈现为亮度温度。
这种亮度作为随机干扰噪声叠加在目标亮温上,对目标的微波辐射亮度测量产生影响,且频率愈高,这种噪声就愈严重。
在1~300GHz的频带内,随着波长越来越短,微波与大气的相互作用有两个重要的转变:其一,大气对微波能量传输的衰减作用由很弱到很强;其二,云层微粒和雨微粒对微波的吸收和散射作用(其宏观表现也是衰减)从极轻微到十分显著。
icesat2 高程基准-回复了ICESat-2高程基准的问题。
ICESat-2是美国国家航空航天局(NASA)于2018年发射的一颗卫星,旨在提供地球冰雪覆盖层的精确高程数据。
这些数据对于了解全球气候变化、计算海平面上升速度以及监测冰川和海冰的动态变化具有重要意义。
ICESat-2使用先进的激光雷达技术,并通过建立高程基准来确保数据的准确性和可比性。
但是,在讨论ICESat-2高程基准之前,我们首先需要了解什么是高程基准。
高程基准是确定地表高度的参考点或平面。
它们通常由大地测量学家使用全球导航卫星系统(GNSS)和全球平差技术制定,以便测量和比较不同地区的地表高度。
高程基准是进行地形测量、水文和气象研究、建筑工程和测量工程的关键基础。
ICESat-2高程基准的建立是一个复杂的过程,涉及到多个步骤和技术。
以下是ICESat-2高程基准建立的主要步骤:1. GPS测量:首先,使用全球导航卫星系统(GPS)测量全球各地的控制点,这些点的位置和高程已经精确测定。
这些控制点可以是山峰、建筑物或人工标志物。
2. GNSS大地测量:接下来,全球导航卫星系统(GNSS)被用于在测量仪上安装接收器,并通过观测卫星信号确定卫星和接收器之间的距离。
这些观测数据被用于计算地球表面的三维坐标。
3. 大地水准测量:大地水准测量是确定不同控制点之间高度差的过程。
它通过在控制点上测量气泡水准计的读数来实现。
这些高差测量数据用于在地球球体上创建高程网络。
4. 地球球体平差:接下来,使用全球平差技术来处理所有测量数据,并在地球球体上建立一个高程基准面。
在这个过程中,会考虑大地形变和引力异常等因素。
5. 数据校正:最后,ICESat-2卫星的激光雷达数据将与已建立的高程基准进行比较和校正。
这个过程通常通过在地面上的气球或飞机上放置高程测量设备来实现。
通过这些步骤,ICESat-2高程基准可以与全球其他地区的高程数据进行比较,确保数据的一致性和准确性。
冰雪探测雷达层析成像技术与应用:现状、挑战与展望在科技的海洋中,冰雪探测雷达层析成像技术如同一艘破冰船,勇往直前地探索着极地的奥秘。
这项技术以其独特的能力,穿透厚重的冰雪,揭示出隐藏在冰冷表面之下的秘密。
然而,尽管它已经取得了显著的成就,但在未来的航程中,它仍面临着诸多挑战和未知的风浪。
首先,让我们来审视这项技术的现状。
冰雪探测雷达层析成像技术,通过发射高频电磁波并接收其回波信号,能够精确地描绘出地下或冰下的结构。
这一过程就像是一位细心的画家,用笔触勾勒出一幅幅精细的地下世界图景。
这种技术的应用范围广泛,从冰川监测到地下水勘探,再到矿产资源的开发,都离不开它的帮助。
然而,尽管这项技术功能强大,但它也面临着一些挑战。
首当其冲的是环境因素对雷达信号的影响。
在极端的气候条件下,如强风、暴雨或雪崩等自然现象,都会对雷达信号的稳定性和准确性产生干扰。
此外,复杂的地形和地质结构也会给信号解析带来困难,使得成像结果难以达到预期的精度。
除了环境因素外,技术的局限性也是一个不容忽视的问题。
目前,冰雪探测雷达层析成像技术在深度和分辨率上仍有提升的空间。
随着探测深度的增加,信号衰减和噪声干扰问题也愈发严重,这无疑增加了数据处理的难度和复杂性。
面对这些挑战,未来的发展方向应当聚焦于技术创新和跨学科合作。
一方面,可以通过引入更先进的算法和计算模型来提高信号处理的效率和准确性;另一方面,与其他领域的专家合作,如地质学、物理学和计算机科学等,可以共同开发出更为高效的探测设备和方法。
此外,随着人工智能和机器学习技术的飞速发展,将这些先进技术融入冰雪探测雷达层析成像技术中,有望实现自动化和智能化的数据处理和分析,从而大大提高探测的速度和质量。
综上所述,冰雪探测雷达层析成像技术虽然已经取得了令人瞩目的成就,但在未来的发展中仍然面临着不少挑战。
通过不断的技术创新和跨学科合作,我们有理由相信,这艘破冰船将能够乘风破浪,揭开更多极地奥秘的面纱。
近年来,随着全球气候变暖的加剧,海冰的变化成为了一个备受关注的话题。
对于海冰的监测和研究,光学影像自动提取算法成为了一种重要的工具。
本文将从简单的光学影像海冰自动提取算法出发,深入探讨海冰变化的影响及其在气候变化中的重要性。
1. 海冰自动提取算法的概念海冰自动提取算法是一种利用光学影像对海冰进行自动识别和提取的方法。
通过对影像进行分析和处理,可以快速准确地获取海冰的空间分布信息,为海冰监测和研究提供了重要的数据支持。
这种算法在海洋气象、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
2. 海冰变化对气候变化的影响海冰作为地球气候系统中的重要组成部分,其变化对全球气候变化具有重要影响。
海冰的减少会导致北极地区海域的变暖,加剧了全球气候变暖的程度。
另海冰的消融也会对生态系统和极地动植物的生存造成影响,进而对全球生态平衡产生重要影响。
3. 光学影像海冰自动提取算法的优势相对于传统的海冰监测方法,光学影像海冰自动提取算法具有高效、精准的特点。
通过自动化的识别和提取过程,可以大大减少人力和时间成本,同时提高数据的准确性和可靠性,为海冰研究提供了更多的可能性。
4. 我对海冰自动提取算法的理解和观点作为一种新兴的技术手段,海冰自动提取算法在今后的海冰监测和研究中将发挥更加重要的作用。
我认为,随着技术的不断发展和完善,这种算法将更加普及和成熟,为我们带来更多关于海冰变化的有价值的信息。
我也希望未来这种算法能够结合更多的多传感器数据,从而实现对海冰变化更加全面、立体的监测。
简单的光学影像海冰自动提取算法不仅具有重要的应用价值,而且对于我们理解和研究海冰变化及其对气候变化的影响具有重要的意义。
希望未来这种算法能够不断发展和完善,为全球气候变化的研究提供更多更好的数据支持。
随着全球气候变暖的加剧,海冰的变化成为了一个备受关注的话题。
海冰是指在海洋中形成的冰层,主要分布在极地地区,包括北极和南极。
它不仅是地球气候系统中的重要组成部分,还对全球气候变化和生态系统具有重要影响。
目录摘要: (2)关键词: (2)主要的雷达遥感卫星 (2)ERS卫星 (2)Envisat-1卫星 (2)RADARSAT卫星 (4)日本JERS-1卫星 (5)ALOS PALSAR 微波雷达数据 (6)应用领域 (7)实验二:雷达图像解译 (8)实验一:雷达遥感系统概况摘要:雷达卫星(Radar satellite)是载有合成孔径雷达(SAR)的对地观测遥感卫星的统称。
尽管迄今为止,已在一些发射的卫星上携有SAR,如Seasat SAR, Almaz SAR, JERS-1 SAR, ERS-1/2 SAR, 与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器。
而1995年11月发射的加拿大雷达卫星(Radarsat)则是一个兼顾商用及科学试验用途的雷达系统,其主要探测目标为海冰,同时还考虑到陆地成像,以便应用于农业、地质等领域。
关键词:雷达遥感ERS Envisat RADARSAT JERS-1 ALOS PALSAR TerraSAR-X 主要的雷达遥感卫星ERS卫星ERS-1 ERS-2 欧空局分别于1991年和1995年发射。
携带有多种有效载荷,包括侧视合成孔径雷达(SAR)和风向散射计等装置),由于ERS-1(2)采用了先进的微波遥感技术来获取全天候与全天时的图象,比起传统的光学遥感图象有着独特的优点。
主要参数:工作波段:C(4.20GHz-5.75GHz)椭圆形太阳同步轨道轨道高度:780公里半长轴:7153.135公里轨道倾角:98.52o飞行周期:100.465分钟每天运行轨道数:14 -1/3降交点的当地太阳时:10:30空间分辨率:方位方向<30米距离方向<26.3米幅宽:100公里Envisat-1卫星简介:ENVISAT卫星是欧空局的对地观测卫星系列之一,于2002年3月1日发射升空。
星上载有10种探测设备,其中4种是ERS-1/2所载设备的改进型,所载最大设备是先进的合成孔径雷达(ASAR),可生成海洋、海岸、极地冰冠和陆地的高质量图象,为科学家提供更高分辨率的图象来研究海洋的变化。
EnviSat卫星影像详细介绍EnviSat卫星英文全称Environmental Satellite,中文意为“环境卫星”。
是ESA的一个地球遥感卫星任务。
卫星任务的总体目标是在不同的尺度下研究并监视地球的环境,从局部地区到区域,再到全球尺度监测。
监视并管理地球资源,包括可再生和不可再生资源。
向全球气象学社区提供持续且品质提升的服务。
为理解地壳及地幔结构和动态提供数据支持。
主要覆盖的领域包括:气象学、气候学、环境学、大气化学、植被学、水环境、土地资源利用、海洋和冰川学。
图1:EnviSat卫星在轨飞行想象图卫星情况:EnviSat卫星主要由PPF平台和载荷设备组成,PPF平台本身由提供标准卫星支持任务的服务模块和载荷模块组成。
EnviSat卫星的服务模块设计继承自SPOT卫星的Mk-II平台,PPF平台由EADS Astrium公司研发和总装,服务模块的主要由碳纤维增强塑料制造中心锥段作为基础结构,与运载的机械接口在锥段的一端,运载接口端由铝框架制造,类似箱体的外构型由铝蜂窝板构成,用于支撑电子设备并围绕在中心锥段周围。
服务模块包括8块蓄电池,一块展开式太阳电池阵,太阳电池阵利用双轴驱动机构可一直面向太阳。
卫星的推进系统安装在中心锥段顶部,包含4个燃料储箱,内装300kg肼燃料。
1台计算机包含指令和控制,姿轨控功能和星上数据管理功能,它可以控制服务模块的设备通过标准星上数据总线,中央计算机和载荷管理单元也可以通过该总线进行数据交换。
载荷模块:载荷模块为科学仪器提供安装位置及相关服务,例如电源开关切换,整合载荷指令和控制,数据存储和下传,载荷模块的结构抱恨直径1.2m的碳纤维增强塑料中心承力筒,及一系列碳纤维蜂窝板构成载荷模块的支撑板和外面板,载荷模块结构可以分成4个舱段,每个舱段高1.6m,最高的一段可以和其他3个舱段实现分离。
载荷模块的外面安装了天线(ASAR和RA-2设备附带),其他载荷设备包括MERIS、MIPAS、GOMOS光学组合,SCIAMACHY,MWR和DORIS。
雷达遥感雷达遥感(微波遥感)可分为主动和被动两种方式。
被动方式与可见光和红外遥感类似,是由微波扫描辐射计接收地表目标的微波辐射。
目前多数星载雷达采用主动方式,即由遥感平台发射电磁波,然后接收辐射和散射回波信号,主要探测地物的后向散射系数和介电常数。
它发射的电磁波波长一般较长,在1mm至1m之间。
合成孔径雷达(SAR)概念的提出是相对真实孔径雷达天线而提出的。
对于真实孔径雷达,当雷达随载体(飞机或卫星)飞行时,向地表发射雷达波束,然后接受地面反射信号,这样便得到了地表雷达图像。
我们知道卫星雷达天线越长,对地物的观测分辨率就越高。
由于受雷达天线长度的限制,真实孔径雷达的地表分辨率往往很低,难以满足应用要求。
而合成孔径雷达正是解决了利用有限的雷达天线长度来获取高分辨率雷达图像的问题。
合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)技术是干涉合成孔径雷达(INSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar ,简称:干涉雷达)技术和差分干涉合成孔径雷达(D-INSAR,Differential Interferome- tric Synthetic Aperture Radar ,简称:差分干涉雷达)技术的基础,它涉及到侧视雷达系统、雷达波信号处理技术以及雷达图像的生成等诸方面。
而干涉雷达技术和差分干涉雷达技术则是基于合成孔径雷达技术的图像处理方法和模型,是合成孔径雷达技术的应用延伸和扩展。
合成孔径雷达干涉测量技术(INSAR,Interferometric Synthetic Aperture Radar;简称:干涉雷达测量)是以同一地区的两张SAR图像为基本处理数据,通过求取两幅SAR 图像的相位差,获取干涉图像,然后经相位解缠,从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术。
差分干涉雷达测量技术(D-INSAR)是指利用同一地区的两幅干涉图像,其中一幅是通过形变事件前的两幅SAR获取的干涉图像,另一幅是通过形变事件前后两幅SAR图像获取的干涉图像,然后通过两幅干涉图差分处理(除去地球曲面、地形起伏影响)来获取地表微量形变的测量技术。
ICESat-2是美国继ICESat失效后发射的新⼀代星载激光雷达卫星,其⾃2018年9⽉15⽇发射以来,已经在全球范围内积累了海量⾼精度测⾼数据,激发了对我们不断变化的地球的研究。
从冰层到热带海滩,从寒带森林到城市地区,它的应⽤跨越了海洋科学、⽔⽂学、冰冻圈、⽣物圈...,⽽且产⽣了令⼈难以置信的的科学成果。
ICESat-2搭载的的ATLAS载荷设计了6个波束,激光重复频率⾼达10kHZ,⾜印间距为0.7m,脚点直径10m,可实现星下6个条带的连续探测。
其由美国国家冰雪数据中⼼(National Snow and Ice Data Center)发布的ATL13数据集提供了沿轨内陆⽔体⽔位数据(包含地理坐标,⾼程,⾼程基准等信息),按轨以hdf5⽂件格式封装。
为了系统研究我国中⻄部地区主要湖泊的⽔位变化,收集了数千轨ALT13数据(h5⽂件),包含了TG量级的⽔位数据点,这给数据的存储、查询和可视化等带来了⼀定的挑战。
本⽂以Postgresql+Postgis作为底层数据库,以Geopandas为接⼝⼯具给出了⼀套⾼效的内陆湖泊⽔位数据存储、交换和可视化⽅案。
配置数据库安装Postgresql+Postgissudo apt updatesudo apt upgradesudo apt install python3-psycopg2 python3-yaml gdal-bin postgresql postgresql-contrib postgis postgresql-14-postgis-3 postgresql-14-postgis-3-scripts创建数据库。
优化调参 sudo nano /etc/postgresql/14/main/postgresql.conf利⽤Ctrl-w定位到如下⾏,并修改参数:shared_buffers = 2048MBwork_mem = 256MBmaintenance_work_mem = 256MBautovacuum = off利⽤Ctrl-x、y保存修改。
一种利用ENVISAT RA2雷达高度计探测极地海冰的方法杨磊1,4常晓涛2郭金运1,3柯宝贵4(1.山东科技大学测绘学院,青岛266590;2.国家测绘地理信息局卫星测绘中心,北京100830;3.海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室,青岛266590;4.中国测绘科学研究院,北京100830)摘要了解极地海冰覆盖范围和表面湿度对于全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键,严酷自然环境使得卫星测量成为极地海冰观测的主要方式。
本文利用海水和海冰的不同散射特征,给出一种使用ENVISA T雷达高度计(RA-2)后向散射系数数据,研究海冰月平均覆盖范围和表面属性变化的方法,通过与常规辐射计观测的海冰边界和面积比较,证明雷达高度计后向散射系数可准确断海冰覆盖范围,并可以反映海冰表面干湿程度,是一种有效的海冰探测方法。
关键词大地测量学;后向散射系数;海冰探测;ENVISA T RA2;雷达高度计A method of polar sea ice detection using backscattercoefficients byENVISAT RA-2 altimeterLei Yang1,4, Xiaotao Chang2, Jinyun Guo1,3, Baogui Ke4(of Geodesy and Geomatics, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, 266590 China;2. Satellite Surveying and Mapping Application Center of NASMG, Beijing 100830, China ;3. Key Laboratory of Surveying and Mapping on Island and Reef of NASMG, Qingdao 266590, China;4. Chinese Academy of Surveying and Mapping, Beijing100830, China)Abstract:The changes in sea ice cover and surface humidity are crucial to the prediction of future temperature research and the establishment of global climate model. For the severely polar environment, satellite observations have been used as the main method to monitor sea ice. Considering the variations of scattering characteristics of the sea water and sea ice surface, we developed a method using backscatter coefficients of the ENVISA T satellite radar altimeter RA-2 over polar areas to detect the extent of sea ice and the changes of surface properties. Compared with the radiometer result, it proved to be a effective method to monitor sea ice cover and its variationsKey words:geoddecy, backscatter coefficient, sea ice detection, ENVISA T RA-2, radar altimetry1 引言海冰占据全球海洋总面积的5%-8%,可以反射85%的太阳辐射,消弱极地大气和海洋的热交换,在气候系统中占有重要位置,另外海冰分布对航海和海洋基础设施建设也有影响[1]。
近年来受全球温室气体排放影响,极地海冰尤其是北极海冰在明显减少,有科学家预计全球2/3的海冰将在本世界中期消失,夏季北极海冰将在本世纪末全部消失,海冰的消失将对极地生态系统和全球环境气候产生巨大影响[2]。
准确获取高分辨率的海冰时空分布十分关键。
目前海冰监测通常是基于被动微波遥感,使用SMMR(Scanning Multi-channel Microwave Radiometer,发射于1978年)、SSM/I(Special Sensor Microwave Imagers,发射于1987年)以及日本的ASTER-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for EOS,2002年发射)等多通道辐射计观测的亮度温度数据研究海冰范围和积雪厚度[1, 3]。
但辐射计分辨率较低(SSM/I 足迹为13×15km 2,尽管ASTER-E 的89GHz 高频段可达4×6km 2,但受大气云层和水汽影响较显著),另外辐射计对海冰的敏感性不如雷达。
作为主动微波探测仪,雷达高度计向地球表面发射雷达脉冲并接受反射回波,利用可以精确计算海面高,并可从回波波形中提取丰富的雷达波反射面信息,在地球科学领域领域中发挥重要作用[4]。
由于高度计自身轨迹覆盖和设计性能的限制,一些高度计如T/P 、Jason-1&2的研究应范围主要局限于海洋和内陆湖泊[5]。
而ESA-1&2及ENVISAT 卫星雷达高度计则可覆盖至南北纬82°,为雷达高度计在两极区域的研究应用提供宝贵的数据[6-8]。
雷达高度计的海冰探测目前主要集中在海冰厚度及其变化的研究[9-11],但利用测高波形特征识别海冰的能力也已得到证明[12, 13]。
本文从主动微波遥感角度,使用ENVISATRA-2雷达高度计探测的海冰后向散射系数研究两极海冰覆盖及其变化规律,分析不同月份海冰表面的物理属性差异,并将结果与美国冰雪数据中心(National Snow and Ice Data Center )公布的基于被动微波遥感获取的海冰数据进行比较。
2 原理和数据雷达高度计探测海冰的原理雷达高度计属于一种主动微波遥感探测器,通过向地球表面发射高频雷达窄脉冲,并接受地球反射面的后向散射能量形成雷达回波。
雷达高度计接受的返回能量r P 取决于反射面的散射特征、雷达系统和大气衰减,其公式如下:dA G R P t P f A t r ⎰=204322)4(σπλλ (1)其中0δ为标准化的雷达散射截面,也称后向散射系数,用分贝(db )表示;λt 表示波长为λ的电磁波大气透射比;t P 表示雷达高度计的发射能量;r P 表示雷达高度计的接受能量;fA 表示雷达足迹面积;G 表示天线增益,G 在积分内部是因为和雷达脉冲的轴偏角有关,不同积分单元dA 上的天线增益有变化。
在公式(1)的右侧,除0σ外其他参数都是固定的雷达系统参数(G ,λ,t P )或者大气传播介质的物理参数(R ,λt ),如果认为雷达足迹内的0σ相同,或是足迹内均值,便可以将公式(1)转换成如下公式: r teff P P A G t R 2202430)4(λπσλ= (2) 其中0G 表示天线中轴方向增益;eff A 表示有效足迹面积,为202)(G G θ在波束宽度θ内的积分。
公式(2)右侧都是已知的雷达系统参数或是可被测量的量,因此反射面的后向散射系数0σ可以由雷达高度计探测得到[5]。
0σ反映了雷达波反射面的散射特性,和表面粗糙度、介电常数以及是否存在次表层反射有关[16, 17],Papa 等人(2003)使用9年的T/P 双频后向散射系数研究了陆地表面散射特征,证明其监测不同地物及其季节变化的能力[18],Legresy 等人(2005)使用ICE-2算法处理Ku 和S 波段的ENVISAT RA-2高度计波形数据,研究了2002年秋天全球陆地及南极和格林兰冰盖的后向散射系数空间分布[19]。
图1 典型的海水和海冰雷达波形。
海水和海冰各有显著的散射差异,海水仅存在表面后向散射,而海冰内部有卤水泡以及盐粒等散射体,使得海冰的散射包含了面散射和体散射,另外海冰表面粗糙度和海水面也有很大的差异,使得海冰和海水的雷达回波能量不同。
图(1)显示了由ENVISAT RA-2雷达高度计波形数据提取的典型海面和海冰面的回波波形,由于海水面服从高斯分布,其特征是波形前缘斜率大而后缘斜率小,而海冰则表现出明显的镜面反射特征,前缘和后缘的斜率都很大。
另外在海冰融化过程中其表面属性(湿度、盐度)的变化可改变其后向散射特性,因此雷达高度计也可探测海冰表面的属性变化。
数据ENVISAT是欧空局于2002年发射的一颗继ESA-1&2之后的地球环境观测卫星,新一代双频雷达高度计RA-2是其搭载仪器之一。
其轨道倾角为°,重访周期为35天,覆盖地球°S 到°N之间的大陆和海洋,赤道附近卫星地面轨迹间隔为85km,越往两极间隔越小。
为延长工作时间,2010年10月ENVISAT变轨,周期改为30天,卫星倾角改为°。
2012年5月由于系统故障,ENVISAT RA-2任务结束。
和T/P及其他高度计类似,RA-2使用Ku波段()为主要工作频率,不同的是RA-2增加了新的S波段()用以提供大气延迟改正。
RA-2雷达高度计另外一个重要的特征是模式自由跟踪,可针对不同反射面类型作出快速调整以避免信号失锁,使得在海冰边缘、沿海、陆地以及湖泊区域也可提供可靠数据[19, 20]。
地面数据处理中心对所有地面类型的雷达回波数据都采取4中不同的重定算法(Ocean,Ice-1,Ice-2,Seaice)进行处理,并集成在地球物理数据GDR中。
本文将使用包含2011年全年的097至110周期GDR数据,计算出由seacie 算法确定的Ku波段两极后向散射系数的月均分布、年均分布以及标准差分布,并计算海冰覆盖的月均面积,分析极地海冰时空分布。
3 两极海冰时空分布图(2)为研究海域内使用Seaice重定算法得到的ENVISAT RA-2 雷达高度计Ku波段后向散射系数的月均值空间分布,和美国冰雪中心NSIDC发布的基于DMSP SSM/I-SSMIS 被动遥感数据获取的海冰范围边界(f)。
结果表明:(1)海冰和海水散射特征区别显著,海水后向散射系数一般在10db左右,而海冰的后向散射系数则一般高于15db,由雷达高度计后向散射系数探测的海冰范围和被动微波遥感探测海冰范围基本一致;(2)两极海冰覆盖的季节变化都非常明显,其中南极东部海冰在2月份几乎全部融化,到冬季末9月份海冰增长到最大范围,在南极海冰的融化和形成过程中,后向散射系数大小未显著变化;(3)北极海冰在2月份达到最大范围,6月之后海冰后向散射系数开始增大,七月后向散射系数均值达到最大,这是因为7月是北半球夏季最炎热时期,在海冰未完全融的情况下表层产生水面,从而增强海冰反射雷达脉冲的能力,提高雷达回波功率,后向散射系数显著增加;(4)北极海冰覆盖在9月达到最小,海冰增长主要集中在10-12月,10月后向散射系数变小,说明海冰表面水层结成新冰,新一轮海冰重造过程开始。