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结合MODIS和气象数据监测2009-2010冬季渤海海冰的时空演变
河口和海岸的文章·2012年1月
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DOI 10.1007/s12237-011-9425-3
2009 - 2010年冬季结合MODIS和气象资料监测渤海海冰的时空演变
华苏，王云鹏，杨景学
收稿日期：2010年12月9日/修订日期：2011年4月22日/接受日期：2011年6月21日
＃2011年沿海和河口研究联合会
摘要利用时间序列遥感数据，结合累积冻结度日（CFDD），结合实时气象资料，研究了2009 - 2010年冬季渤海海冰的时空演变。 使用比率阈值分割以及每日MODIS 250米图像的视觉解释来确定海冰面积。 我们发现1月23日海冰面积飙升至31,849km2，占渤海的40.8％。 但在2月12日，辽东湾仅达到26,700km2，占辽东湾的近90.0％。 海冰的快速形成和扩张是由于在异常寒冷的天气背景下叠加的连续冷弹而引起的。 从周边城市计算的CFDD与辽东湾海冰面积高度相关（R2= 0.72），表明CFDD是重要的控制因素之一。 海冰扩张相对于周边沿海城市的最低温度显示出7天滞后，主要发生在靠近陆地，沿海岸线，并逐渐从岸边向外扩展。
关键词海冰.MODIS 250米图像.时空演化.累积FDD.渤海
介绍
2009年至2010年冬季北方连续寒流导致渤海地区气温下降，导致罕见的，大规模的，长时间的海冰积聚事件。 它严重影响了渤海周边的港口，航运，渔业和海上作业。 港口业务，近海石油活动，南北海洋运输和渔业被迫停止。 通道被海冰阻挡，水产养殖受到阻碍，海产品价格也随之上涨。 海冰严重影响了渤海周边港口的煤炭运输，如天津，秦皇岛，营口和大连，导致全国能源供应短缺（Wu et al。 2005; 岳等人。 2009; 宁等人。 2009）。 它导致了渤海经济区的暂时经济损失，影响了整个国家（ (Bai and Wu 1998; Wang et al.2003 ）。 显然，监测海冰扩散并预测其发展以减少海冰形成对经济和社会活动的影响至关重要。
遥感已成为监测和评估自然灾害的重要因素，它结合了先进的地球观测与宏观观测，实时动态和快速成像能力。 使用机载微波辐射计检测和模拟渤海冰层厚度（Ji et al。2007）。
NOAA / AVHRR和FY-1图像是用于定量计算渤海海冰
H. Su:Y。Wang（*）:J。Yang
广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室
中国科学院
广州510640电子邮件： wangyp”gig.ac.cn
H. Su:J。Yang
中国科学院研究生院，北京100049
利用可见光和红外波长的NOAA / AVHRR数据，确定了渤海海冰储量的范围，以减少东北地区严重缺水的脆弱性（Li et al。 2007）。 与高空间分辨率遥感数据（如Landsat ETM 和SPOT）相比，Landsat ETM 和SPOT已被广泛用于监测小规模地区的自然灾害，中等分辨率成像光谱辐射（MODIS）携带EOS系列卫星适用于监测大规模灾害。
中等空间分辨率高达250米，时间分辨率高达每天两次（http://modis.gsfc.nasa.gov/）。 作为新一代光学遥感仪器，MODIS非常适合长期全球观测和对陆地，生物圈，大气和海洋的快速监测（Shi et al。 2002a, b; Salomonson和Appel 2004; Tschudi等。 2008）。 这些属性使其成为监测和评估海冰扩散的理想工具。 本文通过每日MODIS 250 m图像（L1B水平）对渤海海冰的产生和发展进行了有效监测和评估。 基于冰水光谱响应的差异，可以通过比例阈值分割结合视觉解释快速提取海冰区域进行比对和验证。 通过与海冰天气数据的对比，分析了海冰的时空演变及其主要控制因素，提供了相应的防治信息。
研究领域和数据
渤海是中国的内陆海域，三面环海，东面与黄海相连（图1）。 位于辽宁，河北，山东
省和天津市，渤海是最南部地区（约37°07-41°0N和117°35-121°10E）北半球冬季发生海冰（NSDIC，2010; http://nsidc.org/seaice/intro.html）。 海面积约78,000km2，平均水深18米。 渤海周围有三个主要海湾：北部的辽东湾，西部的渤海湾和南部的莱州湾。 天津，秦皇岛，营口和大连是渤海周边的主要能源过境港。 它们在北方的煤炭运输中发挥着重要作用，保证了对华南地区的充足能源供应。 渤海的水温因天气条件而异，2月的平均温度为0°C，8月的平均温度为21°C（Xie et al 2003）。 沿海的海岸在冬天总是被冻结（Shi et al 2003）。 3月初，海冰融化形成漂流冰，平均水温约为11°C。 辽，滦，海，黄河带来大量沉积物和淡水，造成海水盐度仅为30 PSU（Shi et al。 2002a, b），中国沿海水域最低的。
本研究中使用的MODIS数据是从NASA LAADS（1级和大气存档和分配系统）下载的。 它们是L1B MOD02QKM数据，辐射校准后具有250米的空间分辨率，
0 40 80
160
千米
图1研究区域的地图
包括两个通道（CH1：波长为620-670nm的红色波段，以及波长为841-876nm的CH2：近红外波段）。 数据时间范围从2009年12月5日到2010年3月1日，覆盖整个渤海地区，没有或只有轻微的云覆盖。
气象数据从Weather Underground，Inc。的网站下载（http://www.wunderground.com/）包括渤海周边大连，锦州，青龙，天津和龙口市的最低，平均和最高日温度，如图1所示。
1.方法
MODIS数据的预处理
NASA LAADS提供的MODIS L1B数据的预处理包括辐射校正和校准，地理参考以及“给定地理参考信息”的几何校正。 这些图像表现出所谓的“蝴蝶”效应，即由图像像素重叠引起的几何失真，必须予以纠正（DSRS，2010， http://www.sat.dundee.ac.uk/ modis-bowtie.html. html）。 在本文中，几何校正
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