張飛成，韋冬妮，張冰花，袁丁，王喜風(fēng)

(1.大連海洋大學(xué) 航海與船舶工程學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.國(guó)家海洋局 大連海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，遼寧 大連 116015；3.西北工業(yè)大學(xué) 化學(xué)制造研究院，陜西 西安 710068; 4.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；5.大連海洋大學(xué) 應(yīng)用海洋學(xué)研究所，遼寧 大連 116023)

海冰是海洋水文要素的重要組成部分，對(duì)海洋水文要素的鉛直分布、海洋動(dòng)力過程和海氣交換過程等具有重要的影響。近年來，中國(guó)渤海和黃海北部海域出現(xiàn)了不同程度的凍結(jié)，多次出現(xiàn)嚴(yán)重的海冰災(zāi)害，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，開展對(duì)海冰的觀測(cè)和研究顯得十分必要[1]。

目前，海冰監(jiān)測(cè)的主要手段是可見光遙感，但是可見光遙感嚴(yán)重地受到天氣條件的制約，尤其在冬季，天氣條件惡劣，經(jīng)常無法獲得高質(zhì)量的遙感圖像[2]。近年來，充分利用包括可見光和微波等各種遙感技術(shù)手段，并配合沿岸固定觀測(cè)站和破冰船等現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，成為海冰監(jiān)測(cè)的主要發(fā)展方向。雷達(dá)高度計(jì)屬于主動(dòng)微波遙感，能夠進(jìn)行全天候觀測(cè)。自20世紀(jì)90年代以來，雷達(dá)高度計(jì)積累了近30年的觀測(cè)資料，歷史資料的解析對(duì)渤海海冰的研究，如渤海海冰變動(dòng)與局地氣象及水文的關(guān)系、改進(jìn)/驗(yàn)證海冰預(yù)報(bào)模型等，具有重要的研究?jī)r(jià)值[3]。

針對(duì)不同的高度計(jì)任務(wù)及應(yīng)用海域?qū)W者提出了多種基于波形分類的海冰識(shí)別算法。2004年，Laxon等[4]利用波形的脈沖峰值(pulse peakiness，PP)進(jìn)行冰間水道和海冰的識(shí)別。此后學(xué)者多結(jié)合PP值和回波波形特征進(jìn)行海冰識(shí)別[5-6]。Jiang 等[7]使用中國(guó)HY-2A/B 高度計(jì)的PP值與自動(dòng)增益參數(shù)(AGC) 特征進(jìn)行海冰和開闊海域的區(qū)分，但未對(duì)波形進(jìn)行詳細(xì)劃分；王志勇等[3]基于中國(guó)HY-2B高度計(jì)的波形強(qiáng)度最大值、PP值、前沿寬度和后向散射系數(shù)4種波形特征，分析了HY-2B高度計(jì)精確識(shí)別海冰、冰間水道和開闊水域的能力，算法的平均最高海冰分類精度可達(dá)到91.96%[8]。

2007年11月法國(guó)國(guó)家太空中心(CNES)針對(duì)Jason-2高度計(jì)開發(fā)了一種針對(duì)近岸和水文專用產(chǎn)品(coastal and hydrology altimetry product,PISTACH)，該產(chǎn)品對(duì)高度計(jì)回波類型進(jìn)行了詳細(xì)劃分，共分為16個(gè)種類[9]。本研究中，在PISTACH波形類型基礎(chǔ)上提出兩個(gè)經(jīng)驗(yàn)條件，精確提取每個(gè)高度計(jì)軌道周期的遼東灣海冰外緣線，并將結(jié)果與高分一號(hào)(GF-1)可見光遙感影像進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最后結(jié)合國(guó)家海洋局葫蘆島海洋站的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)遼東灣海冰外緣線變動(dòng)規(guī)律進(jìn)行分析，旨在推進(jìn)雷達(dá)高度計(jì)在中國(guó)海冰研究中的應(yīng)用提供支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

用于海面地形觀測(cè)的OSTM/Jason-2高度計(jì)，發(fā)射于2008年6月20日，于2016年10月進(jìn)入替換軌道[10]。圖1為Jason-2高度計(jì)在中國(guó)渤海海域的兩條地面軌道(77號(hào)和138號(hào))，其中77號(hào)軌道自遼東灣的中部穿過。渤海海冰為一年冰，隨著氣溫的降低，遼東灣海冰基本自北部岸線由北往南逐漸發(fā)展，融冰期相反[11]。因此，沿Jason-2高度計(jì)77號(hào)軌道的海冰外緣線的位置變動(dòng)信息可以作為反映遼東灣冰情的重要參數(shù)。

圖1 Jason-2高度計(jì)在渤海的兩條地面軌道(138號(hào)和77號(hào))和葫蘆島觀測(cè)站位置(綠色圓點(diǎn))

本研究中使用的高度計(jì)數(shù)據(jù)為Jason-2的PISTACH和傳感器地球物理數(shù)據(jù)集(SGDR)兩個(gè)產(chǎn)品。數(shù)據(jù)的空間范圍為自北緯39°起向北至海岸(圖1紅色粗線)，海岸線的判定基于全球高精度海岸線數(shù)據(jù)集[12]。數(shù)據(jù)的時(shí)間跨度為2008年7月(cycle 000)至2016年10月(cycle 303)，期間共包含8個(gè)完整的冰期。

GF-1的WFV數(shù)據(jù)產(chǎn)品已經(jīng)過輻射校正和幾何校正，時(shí)間跨度為2013年底—2016年初3個(gè)冰期。

氣溫?cái)?shù)據(jù)來源于大連海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心葫蘆島監(jiān)測(cè)站(圖1綠色圓點(diǎn))的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料，時(shí)間跨度與Jason-2高度計(jì)數(shù)據(jù)相同。

1.2 方法

1.2.1 回波波形與PISTACH 產(chǎn)品 雷達(dá)高度計(jì)向星下點(diǎn)方向發(fā)射微波，然后接收由下墊面反射的回波(圖2)。雷達(dá)高度計(jì)接收到的回波信號(hào)的時(shí)間序列被稱之為“波形”[13]。一般而言，在開闊的外洋，雷達(dá)高度計(jì)的回波波形可以由Brown數(shù)學(xué)模型來描述[14-15]。因此，典型的外洋海水回波波形也被稱之為Brown 波形。

圖2 典型的Brown回波波形概略圖

當(dāng)高度計(jì)足印內(nèi)海面反射性質(zhì)不均勻時(shí)，回波波形會(huì)明顯偏離于Brown波形[16-17]。PISTACH產(chǎn)品在數(shù)據(jù)處理過程中，將Jason-2高度計(jì)的回波波形共劃分為16類，其中包括1種未知波形，其余15類波形反映了高度計(jì)足跡內(nèi)下墊面的反射性質(zhì)。圖3展示了PISTACH產(chǎn)品16類波形中與海冰有顯著關(guān)系的4類，class 1為典型的Brown波形，反映了高度計(jì)足跡內(nèi)海水反射性質(zhì)較為均勻的回波波形特征；class 2為鏡面反射時(shí)的回波波形，主要反映了大面積海冰或靜水的回波波形特征，但是由于海水相對(duì)于海冰反射率較低，因此，海冰的后向散射強(qiáng)度會(huì)明顯大于靜水。一般而言，高度計(jì)足跡內(nèi)為大范圍海冰時(shí)，回波波形呈現(xiàn)為class 2的峰形回波。但是，單塊的小型流冰(長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于高度計(jì)足跡半徑)在回波波形中僅表現(xiàn)為單體明亮目標(biāo)特征，根據(jù)其位置不同可表現(xiàn)為class 12(星下點(diǎn)附近)和class 21(遠(yuǎn)離星下點(diǎn))2類波形。

圖3 與海冰相關(guān)的4類PISTACH波形圖(摘自PISTACH Handbook圖4[9])

1.2.2 基于波形分類的海冰外緣線提取方法 2014年1月17日(cycle 204)Jason-2高度計(jì)在遼東灣附近的雷達(dá)回波圖見圖4，其中橫軸為緯度，縱軸表示回波波形的時(shí)間序列，圖中的每一列表示一個(gè)回波波形，色軸表示回波強(qiáng)度。由圖4可以看出，高度計(jì)由南往北運(yùn)行的過程中，自40.2°N開始，高度計(jì)足跡內(nèi)出現(xiàn)具有強(qiáng)反射特征的明亮目標(biāo)，這些明亮目標(biāo)的回波信號(hào)在雷達(dá)回波圖中的波形后沿區(qū)呈現(xiàn)出明顯的拋物線特征。拋物線頂點(diǎn)越靠近波形前沿，表明明亮目標(biāo)與高度計(jì)星下點(diǎn)的距離越近。另外，拋物線的粗細(xì)與明亮目標(biāo)的面積成正比[18]。高度計(jì)運(yùn)行至40.4°N附近時(shí)，拋物線頂點(diǎn)出現(xiàn)在波形前沿，表明高度計(jì)星下點(diǎn)開始出現(xiàn)明亮目標(biāo)。

圖4 2014年1月17日遼東灣附近Jason-2雷達(dá)回波圖

2014年1月17日同區(qū)域的Jason-2雷達(dá)回波的波形前沿最大強(qiáng)度(黑色實(shí)線)和波形類別的沿軌變化見圖5，其中藍(lán)色圓點(diǎn)表示Brown波形class 1，紅色圓點(diǎn)表示峰形波形class 2，綠色圓點(diǎn)表示其他的波形類別。由圖5可以看出，40.2°N以南均為Brown波形，波形前沿強(qiáng)度較小，表明此區(qū)域?yàn)楹Ｋ?0.2°N～40.4°N之間，高度計(jì)足跡范圍內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)明亮目標(biāo)，波形后沿被污染，波形類別出現(xiàn)復(fù)雜變化，但這一區(qū)域內(nèi)波形前沿最大強(qiáng)度并無明顯變動(dòng)；自40.4°N開始往北，星下點(diǎn)開始出現(xiàn)明亮目標(biāo)，波形前沿最大強(qiáng)度急劇上升，波形類別轉(zhuǎn)變?yōu)榉逍位夭╟lass 2。

圖5 2014年1月17日遼東灣附近Jason-2回波波形前沿最大強(qiáng)度和波形類別的沿軌變化

本研究中將Jason-2高度計(jì)雷達(dá)回波與此區(qū)域的GF-1圖像進(jìn)行對(duì)比分析(圖6)。需要注意的是，GF-1圖像獲取時(shí)間滯后高度計(jì)觀測(cè)約6 h。

圖6中紅色線為本研究所采用的Jason-2高度計(jì)軌道，兩條白線距離軌道垂直距離約10 km，代表高度計(jì)足跡的大致范圍。由圖6可清晰地看出：40.35°N以南區(qū)域(黃色圓點(diǎn))，高度計(jì)足跡內(nèi)出現(xiàn)零散的流冰，但偏離星下點(diǎn)；40.35°N(黃色圓點(diǎn))向北至40.47°N區(qū)域(綠色圓點(diǎn))，高度計(jì)的星下點(diǎn)開始間斷地出現(xiàn)海冰；40.47°N至約40.8°N區(qū)域內(nèi)，星下點(diǎn)均為海冰；40.8°N以北區(qū)域內(nèi)，高度計(jì)足跡內(nèi)出現(xiàn)陸地和岸邊靜水，海冰有所減少。而從圖5可見，隨著海冰的密集程度增加， 40.35°N以北回波波形會(huì)變成峰形回波class2，至40.47°N波形前沿最大強(qiáng)度增加15 dB，至40.8°N波形前沿強(qiáng)度達(dá)到最大值。這表明，海面雷達(dá)回波圖中明亮目標(biāo)的性質(zhì)及波形前沿最大強(qiáng)度與波形類別沿軌變化與GF-1號(hào)圖像比較吻合。

圖6 2014年1月18日的遼東灣GF-1影像

綜上所述，高度計(jì)星下點(diǎn)出現(xiàn)海冰時(shí)波形將轉(zhuǎn)變?yōu)榉逍渭碿lass 2類型，且波形前沿強(qiáng)度隨足跡范圍海冰密集度的增加而迅速增大。由于海水的反射率顯著低于海冰，因此，在過去研究中，多利用后向散射強(qiáng)度(與波形前沿最大強(qiáng)度成正比)的閾值作為判定海冰的附加條件[4-6]。

由于海冰密集度較低的區(qū)域內(nèi)海冰外緣線變動(dòng)受風(fēng)和潮流等動(dòng)力過程的影響顯著，而本研究中主要分析熱力過程與海冰外緣線變動(dòng)的關(guān)系，因此，通過2013—2016年的GF-1影像的目視解析和高度計(jì)波形類型及前沿強(qiáng)度的沿軌變化，將滿足下面兩個(gè)條件的最南側(cè)高度計(jì)星下點(diǎn)位置定義為遼東灣海冰的外緣線：1)波形前沿最大強(qiáng)度大于35 dB；2)連續(xù)10個(gè)回波波形為class 2類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 海冰外緣線提取結(jié)果及驗(yàn)證

基于上述判定方法，本研究中以Jason-2軌道在渤海遼東灣的海陸交界位置(121.637 3°E、40.832 3°N)為岸界，計(jì)算沿高度計(jì)軌道從海冰外緣線邊界至岸界的距離，作為海冰延伸距離。由Jason-2高度計(jì)和GF-1號(hào)分別計(jì)算得到3個(gè)冰期內(nèi)的遼東灣海冰外緣線延伸距離如圖7所示，圖中橫坐標(biāo)為觀測(cè)時(shí)間，縱坐標(biāo)為沿高度計(jì)軌道(圖1)的海冰外緣線延伸距離。受云的影響，在Jason-2高度計(jì)經(jīng)過的當(dāng)天，部分GF-1影像質(zhì)量較差，無法提取海冰外緣線。從圖7可見，3個(gè)冰期內(nèi)兩者的計(jì)算結(jié)果基本相符，兩種觀測(cè)的均方差為2.81 n mile。

圖7 2013—2016年Jason-2和GF-1確定的遼東灣海冰外緣線延伸距離

2.2 海冰外緣線變動(dòng)與氣溫的關(guān)系

由于高度計(jì)和GF-1衛(wèi)星兩種觀測(cè)方式之間存在時(shí)間差，為進(jìn)一步分析影響兩種觀測(cè)方式計(jì)算結(jié)果偏差的影響因素，本研究中對(duì)3個(gè)冰期內(nèi)葫蘆島觀測(cè)站的氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析?？紤]到冬季日均氣溫變化較大，以及Jason 2高度計(jì)近10 d的重復(fù)周期，本研究中將日均溫度進(jìn)行10日滑動(dòng)平均處理。圖8為3個(gè)冰期內(nèi)(每年11月15日至次年4月1日)的滑動(dòng)平均溫度，線條顏色與圖7相對(duì)應(yīng)。

從圖8可見，自2013年12月中旬—2014年2月中旬(紅線)，滑動(dòng)平均氣溫幾乎均小于0 ℃，與圖7中此期間內(nèi)海冰外緣線總體由北向南延伸的趨勢(shì)一致。在這一時(shí)間段內(nèi)，滑動(dòng)平均氣溫出現(xiàn)3次較大的波動(dòng)，3個(gè)波谷分別對(duì)應(yīng)了圖7中高度計(jì)計(jì)算得到的海冰延伸范圍的3次快速增加過程。另外，圖7中GF-1的第5次觀測(cè)(2014年2月4日)的時(shí)間前后伴有快速降溫過程，這一事實(shí)與在此前后高度計(jì)觀測(cè)到的外緣線快速延伸相符合。

圖8 2013—2014、2014—2015和2015—2016年葫蘆島觀測(cè)站10日滑動(dòng)平均氣溫變化

從圖8可見，2014年12月初(綠線)，有一次快速降溫過程，與圖7中同一時(shí)段內(nèi)海冰外緣線的快速增長(zhǎng)的變動(dòng)趨勢(shì)一致。自2015年1月1日—3月1日，氣溫總體平穩(wěn)，在2月1日前后達(dá)到氣溫最低值，與本研究中提取的海冰外緣線變化規(guī)律相吻合。

從圖8可見，2015年11月20日前后(藍(lán)線)，滑動(dòng)平均氣溫出現(xiàn)一個(gè)小的波谷，圖7中同一時(shí)段海冰外緣線推進(jìn)約3.3 n mile，此后海冰近乎消失。自2016年1月1日起，氣溫迅速降低，于1月17日前后達(dá)到最低，最低氣溫(滑動(dòng)平均前)低于20 ℃，迅速地降溫過程使得海冰外緣線迅速推進(jìn)(圖7)。由于1月17日之后一周內(nèi)氣溫仍然較低，海冰外緣線繼續(xù)向南推進(jìn)，最大延伸距離相對(duì)于氣溫變化有明顯的滯后過程，于2月1日前后達(dá)到最大值，約81.5 n mile。

綜上所述，本研究中確定的海冰外緣線位置與GF-1衛(wèi)星觀測(cè)及葫蘆島氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)相吻合。利用同樣的方法，對(duì)2008—2016年共8個(gè)冰期內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取遼東灣海冰外緣線位置，計(jì)算延伸距離，并與葫蘆島觀測(cè)站氣溫進(jìn)行相關(guān)分析。

圖9中藍(lán)線為海冰外緣線延伸距離，在此8個(gè)冰期內(nèi)，2010年冰情最為嚴(yán)重，遼東灣海冰外緣線往南延伸約90 n mile，而2014年和2015年海冰冰情較輕，延伸距離小于40 n mile。紅線代表葫蘆島觀測(cè)站的10日滑動(dòng)平均氣溫，兩者呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.35。

圖9 2008—2016年海冰外緣線變動(dòng)及葫蘆島觀測(cè)站的氣溫變動(dòng)

2.3 海冰外緣線變動(dòng)對(duì)氣溫的滯后響應(yīng)

海冰外緣線變動(dòng)相對(duì)于氣溫變化有明顯的滯后過程(圖7、圖8)，因此，本研究中通過計(jì)算相關(guān)系數(shù)分析了海冰延伸距離對(duì)氣溫變化的響應(yīng)。圖10中，橫軸為海冰延伸距離相對(duì)于10日滑動(dòng)平均氣溫的滯后時(shí)間，縱軸為海冰延伸距離與10日滑動(dòng)平均氣溫的相關(guān)系數(shù)。從圖10可見，隨著滯后時(shí)間的增加，相關(guān)系數(shù)逐漸增大(90%置信水平)，滯后時(shí)間為4 d時(shí)，兩者相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為 -0.56。這與藏恒范[19]在分析遼東灣最大流冰外緣線與營(yíng)口日平均氣溫變化過程曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)流冰范圍最大值的出現(xiàn)時(shí)間要比低溫時(shí)數(shù)的出現(xiàn)時(shí)間落后3～5 d的結(jié)論是一致的。

圖10 遼東灣海冰延伸距離隨葫蘆島氣溫的滯后響應(yīng)

3 討論

3.1 高度計(jì)與衛(wèi)星海冰外緣線判定方法的比較

中國(guó)渤海和北黃海的冰情隨著歷年冬季氣候差異而不同，而海冰外緣線的離岸推進(jìn)距離是衡量冰情的一個(gè)重要指標(biāo)。自然資源部每年發(fā)布的《中國(guó)海洋災(zāi)害公報(bào)》均會(huì)公布浮冰外緣線離岸最大距離和對(duì)應(yīng)的外緣線位置(www.mnr.gov.cn/sj/sjfw/hy/gbgg/zghyzhgb/)。

可見光衛(wèi)星對(duì)于海冰外緣線的判定一般基于海冰密集度。例如，美國(guó)冰雪數(shù)據(jù)中心研發(fā)的北半球多傳感器海冰延伸范圍產(chǎn)品(multisensor analyzed sea ice extent，MASIE)，以海冰密集度大于40%的像元作為海冰外緣。眾所周知，海冰外緣線的變動(dòng)規(guī)律復(fù)雜，與多種尺度的氣象和海洋過程有關(guān)，受熱力過程及由風(fēng)、潮和流為主導(dǎo)的動(dòng)力過程共同影響，尤其在外緣線附近，由于密集度低，動(dòng)力過程對(duì)外緣線的變動(dòng)影響更為顯著。研究發(fā)現(xiàn)，熱力過程尤其氣溫是影響海冰冰情的主要因素。白珊等[20]分析了1994—2000年渤海和北黃海的海冰密集度，結(jié)果表明，熱力因素對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率接近80%，熱力與動(dòng)力共同作用約占10%。

衛(wèi)星高度計(jì)向星下點(diǎn)發(fā)射微波，當(dāng)足跡內(nèi)出現(xiàn)海冰時(shí)，回波波形會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉逍危仪把刈畲髲?qiáng)度隨足跡內(nèi)海冰密集度的增加而增加。但高度計(jì)后向散射強(qiáng)度與足跡內(nèi)的海冰密集度的定量關(guān)系目前尚未有定論?？紤]到熱力過程是影響海冰冰情的主要因素，為分析遼東灣海域氣溫與外緣線的變動(dòng)關(guān)系，盡可能降低動(dòng)力過程對(duì)外緣線變動(dòng)的影響成分，本研究中通過對(duì)比GF-1可見光影像與高度計(jì)波形沿軌變化，在波形分類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，增加兩個(gè)條件用于判定海冰外緣線，一是采用相對(duì)較大的前沿最大強(qiáng)度閾值(35 dB)，二是要求連續(xù)10個(gè)點(diǎn)(約3 km)呈現(xiàn)峰形回波。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)可見光衛(wèi)星定義的海冰外緣線，本研究中基于高度計(jì)判定的外緣線離岸距離相對(duì)較小，但是兩者的變化趨勢(shì)總體是一致的。李彥青等[21]基于MODIS數(shù)據(jù)構(gòu)建了遼東灣2001—2011年11個(gè)冬季的海冰外緣線離岸距離的候平均時(shí)間序列，結(jié)果表明，2009—2010年冰期內(nèi)遼東灣的海冰外緣線延伸距離為200 km，2010—2011年為165 km，而2008—2009年不足100 km。盡管選取的外緣線延伸距離計(jì)算基線，以及對(duì)于外緣線的判定方法與本研究不同，但計(jì)算結(jié)果與本研究提取的外緣線變動(dòng)趨勢(shì)是一致的，相對(duì)而言，本研究中海冰外緣線判定更有利于分析熱力過程對(duì)冰情的影響。

3.2 基于高度計(jì)資料研究黃渤海海冰的應(yīng)用前景

近年來，基于多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的海冰研究逐漸成為海冰的主要發(fā)展方向。美國(guó)冰雪數(shù)據(jù)中心開發(fā)的MASIE產(chǎn)品融合了可見光衛(wèi)星、合成孔徑雷達(dá)和雷達(dá)高度計(jì)等多種衛(wèi)星遙感資料，能夠提供北半球的海冰面積及外緣線1 km的產(chǎn)品。中國(guó)國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心自2009年起，將可見光衛(wèi)星和SAR衛(wèi)星相結(jié)合，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢(shì)，開展渤海海冰的常規(guī)業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)工作，但目前尚未將雷達(dá)高度計(jì)產(chǎn)品納入海冰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

自1992年以來，衛(wèi)星高度計(jì)已積累了近30年的歷史觀測(cè)資料。尤其是從Jason-2和ENVISAT開始，高度計(jì)在近岸也能獲得高質(zhì)量波形，極大地促進(jìn)了高度計(jì)數(shù)據(jù)近岸海洋研究的開展，國(guó)際上CNES等組織發(fā)布了PISTACH和PEACHI等針對(duì)近岸應(yīng)用的專門產(chǎn)品。由于不同高度計(jì)具有不同的衛(wèi)星軌道和硬件參數(shù)，后向散射強(qiáng)度之間也存在系統(tǒng)偏差，需要相互校正，不同系列的高度計(jì)采用的閾值也不盡相同，波形也有細(xì)微差別。本研究中基于Jason-2高度計(jì)提出的閾值雖無法應(yīng)用于其他高度計(jì)，但傳統(tǒng)的雷達(dá)高度計(jì)均基于Brown數(shù)學(xué)模型，具有相似的回波波形特征，因此，本研究中采用的方法可以方便地?cái)U(kuò)展應(yīng)用至其他雷達(dá)高度計(jì)產(chǎn)品。

綜上所述，利用高度計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行黃、渤海海冰研究可以拓展高度計(jì)的應(yīng)用庫，并且相對(duì)光學(xué)衛(wèi)星高度計(jì)擁有自身的特點(diǎn)，可以作為光學(xué)衛(wèi)星的補(bǔ)充，為中國(guó)海冰監(jiān)測(cè)提供一種新的數(shù)據(jù)源。

4 結(jié)論

1)與傳統(tǒng)的可見光衛(wèi)星遙感相比，高度計(jì)觀測(cè)不受天氣條件限制，而且積累了近30年的歷史觀測(cè)資料，對(duì)渤海海冰的長(zhǎng)期冰情監(jiān)測(cè)具有重要的研究?jī)r(jià)值。本研究于國(guó)內(nèi)首次利用Jason-2高度計(jì)回波波形產(chǎn)品，準(zhǔn)確提取了渤海遼東灣的海冰外緣線，今后該方法可作為光學(xué)衛(wèi)星的補(bǔ)充手段。

2)在2013—2016年3個(gè)冰期內(nèi)，基于Jason-2高度計(jì)提取的海冰外緣線位置與GF-1的觀測(cè)結(jié)果基本一致，兩者的海冰延伸范圍的均方差為2.81 n mile，并且海冰外緣線的變動(dòng)趨勢(shì)與葫蘆島海洋站的氣溫變動(dòng)相符。

3)2008—2016年8個(gè)冰期的解析結(jié)果顯示，2010年遼東灣冰情最為嚴(yán)重，外緣線延伸距離達(dá)90 n mile，而2014、2015年的冰情較輕，外緣線延伸距離均小于40 n mile。

4)遼東灣海冰外緣線變動(dòng)相對(duì)于葫蘆島的氣溫變化過程有明顯的時(shí)間滯后，時(shí)間滯后為4 d時(shí)，相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為-0.56。