基于NSIDC海冰产品的FY北极海冰数据集优化

北极海冰对全球气候起着非常重要的调制作用，海冰范围是海冰监测的基本参数。近40年，北极地区持续变暖，北极海冰显著减少，进而引发北极自然环境恶化、北半球极端天气频发、全球海平面上升等一系列环境和气候问题。准确获取北极海冰范围及其演变趋势，确定海冰变化对全球气候系统的响应，是研究和预测全球气候变化趋势的关键之一。HasISST和OISST海冰数据集在海冰监测中应用最为广泛，可为北极地区长时间序列海冰变化研究提供基础数据，但这2套数据集空间分辨率相对较低，应用于北极关键区对中国气候响应研究方面存在很大的局限，为解决这一问题和弥补国内海冰监测微波遥感数据的空白，2011年6月27日，国家卫星气象中心（National Satellite Meteorological Center, NSMC）发布了FY（Fengyun, FY）北极海冰数据集，该数据集利用搭载在FY卫星上的微波成像仪（Microwave Radiation Imager, MWRI）数据，使用Enhance NASA Team算法制作，该算法利用前向辐射传输模型模拟北极地区4种海表类型（海水、新生冰、一年冰和多年冰）在不同大气条件下MWRI辐射亮温，进而得到每种大气条件下0~100%的海冰覆盖度查找表（海冰覆盖度每次增加1%），通过观测值与模拟值的比对得到海冰覆盖度，由该数据集计算得到的北极海冰范围在大部分区域与实际情况相符。该产品虽已进行通道间匹配误差修正和定位精度偏差订正，但由于其搭载的微波成像仪（Microwave Radiation Imager, MWRI）天线长度有限，造成传感器探测到的地物回波信号相对较弱，难以区分海冰和近岸附近的陆地，影响了该数据集的精度和应用。为解决这一问题，本文基于美国冰雪中心（National Snow and Ice Data Center, NSIDC）发布的海冰产品对FY海冰数据集进行优化，NSIDC产品利用判断矩阵对海岸线附近的像元进行识别，并对误差像元进行不同程度的修正，由NSIDC产品计算得到的北极海冰范围与实际情况更为符合。数据集优化大大提高了FY海冰数据集的精度，研究结果表明，优化后FY海冰数据集与NSIDC产品相关系数高达0.9997，且二者日、月、年平均最大海冰范围偏差仅为3.5%、1.9%、0.9%，且FY海冰数据集优化过程对其较好的空间分异特征无明显影响。该数据集可正确地反映北极海冰范围及其变化情况，且海岸线附近海冰的分布情况更准确，可为北极海冰变化研究提供可靠的基础数据。