渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术制造技术

渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，首先对ＮＯＡＡ－１６和ＮＯＡＡ－１７的１Ｂ格式数据，进行定标、选区、投影变换、几何校正、辐射订正等处理。然后利用渤海冰－海洋耦合模式进行预报，将２４小时冰厚和冰密集度预报场作为背景场。再采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，得到云覆盖区的海冰参数。最后将计算结果显示成标准彩色冰厚和冰密集度分布图，并标注基本的图像信息，将结果按ＪＰＧ图像格式输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是考虑渤海海冰过程，对卫星遥感数据进行动力插补，得到云覆盖区海冰参数的方法。
技术介绍
目前，海冰反演数值产品尚无法提供预报模式初值和其他业务化使用，原因之一是，冰密集度的反演精度已达到模式初值的要求，但冰厚的反演精度还远远不够，根据Yu和Rothrock(1996)所做的研究，北极春季20cm冰厚反演相对误差达到62％。另一个重要的原因就是利用卫星遥感资料只能在晴空条件下获得有效数据，对有云覆盖的时段和区域无法提供连续的冰参数。这给处理海冰资料、形成时空连续的实况场和预报初值场带来困难，使目前最流行、最先进的数据同化方法难以应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种卫星遥感反演的云覆盖区海冰参数的动力插补方法，便于海冰模式和其他海冰预报业务化使用。本专利技术针对NOAA卫星遥感数据反演生成的冰密集度、冰厚等数值产品，利用渤海冰-海洋耦合模式得到的背景场，采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，生成了较原来在时间和空间上更连续的海冰实况场，提高了NOAA卫星遥感海冰数值产品的利用率。附图说明无具体实施例方式1.对NOAA-16和NOAA-17的1B格式数据，进行定标、选区、投影变换、几何校正、辐射订正等处理。a.首先对1B数据进行投影。在投影过程中主要进行定位、太阳高度角订正和滤波处理，在可见光和近红外通道生成指定区域的反照率，在热红外通道生成亮度温度。b.对投影后的数据，选取适当的通道，用一定的算法检测云。不同性质的地表，其反照率或者亮温是不同的，存在着较为明显的光谱差异。海水的反照率最低，其次是海冰，云的反照率最高。亮温则相反，云的亮温最低，c.经过云检测后，对没有云覆盖的海区进行冰水识别。冰和水的反照率是近似于正态分布的。因此，对于理想的反照率或者亮温分布曲线图，应该存在着两个明显的峰值，分别对应着冰和水出现概率最大的反照率或者亮温。而两个峰值之间的“谷”就可以作为冰与水的分界点。d.根据网格内有冰象素点的比例推算冰密集度、利用冰厚与反照率的相关关系及利用可见光与红外遥感数据推算冰厚。2.利用渤海冰-海洋耦合模式得到背景场a.初值场冰厚、冰密集度由前一天的插补场提供；海表层温度由旬平均实况场插值得到；盐度场由月平均资料插值得到；b.开边界温盐由月平均资料插值得到；水位由调利常数计算得到；c.气象强迫场采用嵌套网格MM5气温、海平面气压、相对湿度、风的预报结果3.采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，得到云覆盖区的海冰参数泛函J(X)＝Jb(X)+J0(X)+Jc(X)Jb(X)＝cb＜(X-Xb)，B(X-Xb)＞J0(X)＝c0＜(X-X0)，R(X-X0)＞Jc(X)=cc<,>]]>+<,>]]>B=A(x,y,z)exp(-rx2Lx2-ry2Ly2),]]>R为常数XJ＝(B+BT)(X-Xb)+(R+RT)(X-X0)+(▿h1Jc,▿h2Jc,...,▿hnJc,▿A1Jc,▿A2Jc,...,▿AnJc)T]]>a.确定云覆盖区域和计算空间点位置；b.确定背景场协方差矩阵B，用于计算泛函的第一项；c.确定观测场及观测场协方差矩阵R，用于计算泛函的第二项；d.确定动力约束关系，用于计算泛函的第三项；e.确定权重系数，计算目标函数；f.判断目标泛函是否达到最小值，如果已经是最小状态，不需要进行下面的步骤，直接输出插补结果；g.求目标函数关于控制变量的梯度；h.对控制变量进行调整，返同上一步，直到插补结果达到最优状态，即使目标泛函达到最小值。4.将计算结果显示成标准彩色冰厚和冰密集度分布图，并标注基本的图像信息，将结果按JPG图像格式输出。权利要求1.渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，具体方法或步骤如下(1)对NOAA-16和NOAA-17的1B格式数据，进行定标、选区、投影变换、几何校正、辐射订正等处理。(2)考虑渤海海冰过程，利用渤海冰-海洋耦合模式得到背景场。(3)采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，得到云覆盖区的海冰参数。(4)将计算结果显示成标准彩色冰厚和冰密集度分布图，并标注基本的图像信息，将结果按JPG图像格式输出。2.如权利要求1所述的渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，其特征在于上述的背景场的生成。通过研究渤海海冰过程，对渤海冰-海洋动力、热力耦合机制有了进一步认识，从而改进了渤海冰-海洋耦合模式，并依此计算出较准确的背景场。3.如权利要求1所述的渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，其特征在于上述的动力插补算法。首先确定云覆盖区域和计算空间点位置；然后确定动力约束关系，计算范函；判断目标泛函是否达到最小值，如果已经是最小状态，直接输出插补结果；如果不是最小值，则求目标函数关于控制变量的梯度，对控制变量进行调整，直到插补结果达到最优状态，即使目标泛函达到最小值。泛函J(X)＝Jb(X)+J0(X)+Jc(X)动力约束关系m(V→i·▿)V→i=τ→ai+τ→wi-mfk→×V→i]]>Jb(X)＝cb<(X-Xb)，B(X-Xb)>J0(X)＝c0<(X-X0)，R(X-X0)>Jc(X)=Cc<,>]]>+<,>]]>B=A(x,y,z)exp(-rx2Lx2-ry2Ly2),]]>R为常数▿XJ=(B+BT)(X-Xb)+(R+RT)(X-X0)]]>+(▿h1Jc,▿h2Jc,···,▿hnJc,▿A1Jc,▿A2Jc,···,▿AnJc)T]]>全文摘要渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，首先对NOAA－16和NOAA－17的1B格式数据，进行定标、选区、投影变换、几何校正、辐射订正等处理。然后利用渤海冰－海洋耦合模式进行预报，将24小时冰厚和冰密集度预报场作为背景场。再采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，得到云覆盖区的海冰参数。最后将计算结果显示成标准彩色冰厚和冰密集度分布图，并标注基本的图像信息，将结果按JPG图像格式输出。文档编号G01S17/00GK1908695SQ200510088720公开日2007年2月7日 申请日期2005年8月1日 优先权日2005年本文档来自技高网...

【技术保护点】
渤海云覆盖区海冰卫星遥感数据动力插补技术，具体方法或步骤如下：（１）对ＮＯＡＡ－１６和ＮＯＡＡ－１７的１Ｂ格式数据，进行定标、选区、投影变换、几何校正、辐射订正等处理。（２）考虑渤海海冰过程，利用渤海冰－海洋耦合模式得到背景场。（３）采用以弱约束变分同化方法为基础的冰厚和冰密集度动力插补算法，得到云覆盖区的海冰参数。（４）将计算结果显示成标准彩色冰厚和冰密集度分布图，并标注基本的图像信息，将结果按ＪＰＧ图像格式输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏洁，张蕴斐，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]