[发明专利]一种基于单光子激光测高数据的海冰厚度估算方法

说明书

本发明涉及一种基于单光子激光测高数据的海冰厚度估算方法，包括以下步骤：获取ICESat‑2卫星和CryoSat‑2卫星测得的原始数据；基于原始数据计算积雪深度初始值；计算100km×100km网格内的平均积雪深度初始值和平均总干舷高度；基于冰桥计划数据构建雪深重分布模型；计算海冰厚度，得到海冰厚度矢量点数据，再进行栅格化处理，得到海冰厚度栅格数据。与现有技术相比，本发明采用CryoSat‑2卫星和ICESat‑2卫星的测量数据，考虑了积雪表面的散射导致Ku波段的回波，计算得到积雪深度初始值，进而构建雪深重分布模型再次计算积雪深度，提高了积雪深度的精度，提高了后续海冰厚度计算的精度。

技术领域

本发明涉及遥感极地与海洋应用技术领域，尤其是涉及一种基于单光子激光测高数据的海冰厚度估算方法。

背景技术

近年来，因全球变暖，全球气候变化成为重要的研究课题。海冰的消融会对全球产生一系列影响，导致北极温度增加，而海冰厚度决定着海、气交换的热通量，影响着海冰的热力学和动力学过程，同时海冰厚度的短期变化和长期趋势是气候变化的重要指标，所以海冰厚度是海冰最重要的参数之一，因此，海冰厚度的监测对研究气候变化具有重要意义。

海冰的厚度观测可以采用直接观测和间接观测两种手段，直接观测手段包括钻孔测量、水下声呐、走航观测和电磁感应，间接观测手段指的是微波遥感和卫星测高。受技术的限制，直接观测手段一般只能测量局部的海冰厚度，不能获取大尺度时空连续的海冰厚度信息。Laxon等首次应用卫星测高于海冰厚度探测，他们使用了ERS-1/2雷达高度计数据估算了北极海冰厚度，通过与潜艇声呐数据的验证表明，卫星测高是估算大尺度海冰厚度的有效途径。

卫星测高通过对海冰表面和海水表面进行区分，根据获取的两种不同表面反射的信号得到海冰干舷(即海冰超过海水表面部分)的高度，估算冰密度和积雪密度，假设静力平衡状态计算出海冰厚度。这种方法在Envisat、CryoSat-2等雷达高度计卫星都得到很好的应用，但是，海冰表面存在积雪，由于雷达高度计自身的穿透性，雷达波很有可能在海冰和积雪的交界处反射，而不是从积雪表面反射，因而海冰表面的积雪是导致海冰厚度估算误差的重要因素。

发明内容

ICESat-2(Ice Cloud and land Elevation Satellite)卫星提供了高精度的单光子测高数据，本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于单光子激光测高数据的海冰厚度估算方法，采用CryoSat-2卫星和ICESat-2的测量数据，考虑了积雪表面的散射导致Ku波段的回波，计算得到积雪深度初始值，进而构建雪深重分布模型再次计算积雪深度，提高了积雪深度的精度，提高了后续海冰厚度计算的精度。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于单光子激光测高数据的海冰厚度估算方法，包括以下步骤：

S1：获取ICESat-2卫星测得的ATL10原始数据，包括总干舷数据和经纬度数据；获取CryoSat-2卫星测得的原始数据，包括冰干舷数据和经纬度数据；

S2：基于总干舷数据和冰干舷数据计算积雪深度初始值：

η_s＝[c/c_s]×ρ_s

其中，h_s0表示积雪深度初始值，h_f表示ICESat-2卫星测得的总干舷高度，h_fi表示CryoSat-2卫星测得的冰干舷数据，η_s表示Ku波段的折射率，c表示光速，c_s表示雷达波的速度，ρ_s表示积雪密度；