ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. №5. С. 89-103

Применение методов дистанционного зондирования в исследовании динамики ледового покрова и современной климатической изменчивости Арктики

И.А. Репина 1, В.В. Иванов 2
1 Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН Институт космических исследований РАН Российский государственный гидрометеорологический университет, 119017, Москва, Пыжевский пер., 3 117997, Москва, Профсоюзная, 84/32 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98
2 Арктический и Антарктический научно-исследовательский институт Международный центр арктических исследований в Университете Аляски, Фербэнкс, 199397, г. Санкт-Петербург, ул. Беринга, 38 930 Koyukuk Drive Fairbanks, Alaska
В работе рассматриваются методы дистанционного зондирования, применяемые для диагностики состояния ледового покрова Арктики. Приведена история спутниковых измерений параметров морских льдов, дано описание основных спутниковых миссий. Особое внимание уделяется определению сплоченности морского льда по данным пассивного микроволнового зондирования. Проведено сравнение алгоритмов, применяемых для восстановления сплоченности ледяного покрова, дан обзор основных архивов данных. На основе спутниковых наблюдений приводится анализ климатической изменчивости ледяного покрова Арктики за последние десятилетия
Ключевые слова: морской лед, пассивное микроволновое зондирование, сплоченность и толщина морского льда, климат Арктики
Полный текст

Список литературы:

  1. Алексеев Г.В., Данилов А.И., Катцов В.М., Кузьмина С.И., Иванов Н.Е. Изменения площади морских льдов северного полушария в XX и XXI веках по данным наблюдений и моделирования // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45. № 6. С. 723-735.
  2. Алексеев Г.В. Исследования изменений климата Арктики в XX столетии // Тр. ААНИИ. 2003. Т. 446. С. 6-21.
  3. Алексеева Т.А., Фролов С.В. Сравнительный анализ спутниковых и судовых данных о ледяном покрове в морях Российской Арктики // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 6. С. 69-76.
  4. Бахарев В.И., Куприк С.К. Использование фототелеграфических аппаратов для отображения результатов ледовой разведки // Записки по гидрографии. 1988. №220. С. 62-65.
  5. Букало Н.А., Рудаков С.Д. Деятельность партии ледовых разведок. Дело №14, 402. Североморск, 2007. С. 41.
  6. Бушуев А.В. Развитие и совершенствование системы и методов ледовых наблюдений // Развитие и совершенствование системы и методов ледовых наблюдений.
  7. Бушуев А.В. Сбор, обработка и анализ данных по льду // Морской лед: Справочное пособие. СПб.: Гидрометеоиздат. 1997. С. 317-386.
  8. Бушуев А.В., Быченков Ю.Д., Лощилов В.С., Масанов А.Д. Исследование ледяного покрова с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО): Методическое пособие. Л.: Гидрометеоиздат. 1983. 120 с.
  9. Заболотских Е.В., Митник Л.М., Бобылев Л.П., Йоханнессенн О.М. Нейронно-сетевые алгоритмы восстановления параметров системы океан-атмосфера по данным микроволнового спутникового зондирования // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2004. С. 447-458.
  10. Захаров В.Ф. Морские льды в климатической системе. 1996. Гидрометеоиздат. 213 с.
  11. Карелин Д.В. Гидрометеорологические исследования в Арктике // Записки по гидрографии. 1946. №1. С. 7-16.
  12. МГЭИК: Изменение климата, 2007 г.: Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II, III в етвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (Пачаури Р.К., Райзингер А. и основная группа авторов (ред)). МГЭИК, Женева, Швейцария. 2007. 104 с.
  13. Номенклатура ВМО по морскому льду. Том I - Терминология. Том II - Иллюстрированный словарь. Том III - Международная система символов. WMO/OMM/ВМО - Но.259. Секретариат ВМО, Женева. 1970 - 2004.
  14. Репина И.А., Тихонов В.В., Алексеева Т.А., Иванов В.В., Раев М.Д., Шарков Е.А., Боярский Д.А., Комарова Н.Ю. Электродинамическая модель излучения арктического ледяного покрова для решения задач спутниковой микроволновой радиометрии // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 5. С. 29-36.
  15. Руководство по производству ледовой авиаразведки. 1981. Л., Гидрометеоиздат. 240 с.
  16. Смирнов В.Г., Бушуев А.В., Бычкова И.А., Захваткина Н.Ю., Лощилов В.С. Спутниковый мониторинг морских льдов // Проблемы Арктики и Антарктики. 2010. №2(85). С. 62-76.
  17. Снежинский В.А. Гидрометеорологическое обеспечение Военно-морского флота // Записки по гидрографии. 1957. №2. C. 79.
  18. Фролов И.Е., Гудкович З.М., Карелин В.П., Смоляницкий В.М. Изменения климата Земли - результат действия естественных причин // Экологический Вестник России. 2010. № 1. С. 49-54.
  19. Alexeev V.A., Jackson C.H. Polar amplification: is atmospheric heat transport important? // Climate Dynamics. 2012. V.39. N12. DOI 10.1007/s00382-012-1601-z.
  20. Andersen S., Tonboe R., Kaleschke L., Heygster G., Pedersen L.T. Intercomparison of passive microwave sea ice concentration retrievals over the high-concentration Arctic sea ice // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. C08004. doi: 10.1029/2006JC003543.
  21. Barry R.G., Serreze M.C., Maslanik J.A., Preller R.H. The Arctic Sea Ice-Climate System: Observations and modeling // Rev. Geophysics. 1993. V. 31(4). P. 397-422. doi:10.1029/93RG01998.
  22. Cavalieri D., Gloerson P., Zwally J. updated daily. Near-Real-Time DMSP SSM/I-SSMIS Daily Polar Gridded Brightness Temperatures. 01.01.2010-15.12.2010 / Ed. J. Maslanik, J. Stroeve. Boulder, Colorado USA: National Snow and Ice Data Center, 1999. [Электрон. текст].
  23. Cavalieri D.J., Crawford J.P., Drinkwater M.R., Eppler D.T., Farmer L.D., Jentz R.R., Wackermann C.C. Aircraft active and passive microwave validation of the sea ice concentration from the defense meteorological satellite program special sensor microwave imager // J. Geophysical Research. 1991. V. 96. N. C12. P. 21 998-22 008.
  24. Cavalieri D.J., Gloersen P., Campbell W.J., Determination of Sea Ice Parameters with the NIMBUS 7 SMMR // J. Geophysical Research. 1984. V. 89. N. D4. P. 5355-5369.
  25. Cavalieri D.J., St. Germain K.M., Swift C.T. Reduction of weather effects in the calculation of sea ice concentration with the DMSP SSM/I // J. Glaciology. 1995. V. 41. P. 455-464.
  26. Comiso J.C., Nishio F. Trends in the sea ice cover using enhanced and compatible AMSR-E, SSM/I, and SMMR data // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. C02S07. doi: 10.1029/2007JC004257.
  27. Comiso J.C. Characteristics of Arctic Winter Sea Ice From Satellite Multispectral Microwave Observations // J. Geophysical Research. 1986. V. 91. N. C1. P. 975-994.
  28. Comiso J.C. SSM/I Sea Ice Concentrations Using the Bootstrap Algorithm. NASA Reference Publication / Goddard Space Flight Center 1380, 1995.
  29. Comiso J.C., Grenfell T.C., Lange M., Lohanick A., Moore R., Wadhams P. Microwave remote sensing of the Southern Ocean Ice Cover. Chapt. 12 In Microwave remote sensing of sea ice / Ed. F. Carsey. American Geophysical Union. Washington, D.C. 1992. P. 243-259.
  30. Comiso J.C., Kwok R. Surface and radiative characteristics of the summer Arctic sea cover from multisensor satellite observations // J. Geophysical Research. 1996. V. 101(C12). P. 28 397-28 416.
  31. Dibarboure G., Renaudie S., Pujol M.-I., Labroue S., Picot N. A demonstration of the potential of Cryosat-2 to contribute to mesoscale observation // Advances in Space Research. 2012. V.50, N8, P. 1046 - 1061.
  32. Dokken S.T., Winsor P., Markus T., Askne J., Björk G. ERS SAR characterisation of coastal polynyas in the Arctic and comparison with SSM/I and numerical model investigations // Remote Sensing of Environment. 2002. V. 80. P. 321- 335.
  33. Eicken H., Grenfell T.C., Perovich D.K., Richter-Menge J.A., Frey K. Hydraulic controls of summer Arctic pack ice albedo // J. Geophys. Res. 2004. V. 109. C08007. doi:10.1029/2003JC001989.
  34. Fetterer F., Untersteiner N. Observations of melt ponds on Arctic sea ice // J. Geophysical Research. Oceans. 1998. V. 103(C11). P. 24 821-24 835.
  35. Grenfell T.C., Cavalieri D., Comiso D., Steffen K. Microwave Remote Sensing of Sea Ice. Chapter 14: Considerations for Microwave Remote Sensing of Thin Sea Ice / Ed. F. Carsey // AGU Monograph. 1992. P. 291-300.
  36. Heygster G., Wiebe H., Spreen G., Kaleschke L. AMSR-E Geolocation and Validation of Sea Ice Concentrations Based on 89 GHz data // Journal of the Remote Sensing Society of Japan. 2009. V. 29(1). P. 226-235.
  37. JCOMM Expert Team on Sea Ice (ETSI). Fourth Session - Steering Group for the Global Digital Sea Ice Data Bank (GDSIDB), Twelfth Session - St. Petersburg, Russian Federation, 1-5 March 2010, Final Report // JCOMM Meeting Report. 2010. No. 74. Geneve, WMO Secretariat.
  38. Kaleschke L., Lupkes C., Vihma T., Haarpaintner J., Bochert A., Hartmann J., Heygster G. SSM/I Sea Ice Remote Sensing for Mesoscale Ocean - Atmosphere Interaction Analysis // Canadian J. Remote Sensing. 2001. V. 27. N. 5. P. 526-537.
  39. Kern S., Heygster G. Sea-ice concentration retrieval in the Antarctic based on the SSM/I 85.5 GHz polarization // Annals of Glaciology. 2001. V. 33. P. 109-114.
  40. Kwok R., Cunningham G.F. ICESat over Arctic sea ice: Estimation of snow depth and ice thickness // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. C08010. doi:10.1029/2008JC004753.
  41. Kwok R., Cunningham G.F., Wensnahan M., Rigor I., Zwally H.J., Yi D. Thinning and volume loss of the Arctic Ocean sea ice cover: 2003-2008 // J. Geophys. Res. 2009. V. 114. C07005. doi:10.1029/2009JC005312
  42. Kwok R., Cunningham G.F., Zwally H.J., Yi D. Ice, Cloud, and land Elevation Satellite (ICESat) over Arctic sea ice: Retrieval of freeboard // J. Geophys. Res. 2007. V. 112. C12013. doi:10.1029/2006JC003978.
  43. Kwok R., Rothrock D.A. Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958-2008 // Geophysical Research Letters. 2009. V. 36. L15501.
  44. Lemke P., Ren J., Alley R.B., Allison I., Carrasco J., Flato G, Yoshiyuki F., Kaser G., Mote P., Thomas R.H., Zhang T. Observations: Changes in Snow, Ice and Frozen Ground // Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. 2007. Cambridge University Press.
  45. Lubin D., Garrity C., Ramseier R., Whritner R.H. Total sea ice concentration retrieval from the SSM/I 85.5 GHz channels during Arctic summer // Remote Sensing of Environment. 1997. V. 62. P. 63-76.
  46. Markus T., Cavalieri D.G. An Enhancement of the NASA Team Sea Ice Algorithm // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2000. V. 38(3). P. 1387-1398
  47. Meier W.N., Gallaher D., Campbell G. G. New estimates of Arctic and Antarctic sea ice extent during September 1964 from recovered Nimbus I satellite imagery // The Cryosphere Discuss. 2013. V. 7. P. 35-53. doi:10.5194/tcd-7-35-2013
  48. Meier W.N. Comparison of passive microwave ice concentration algorithm retrievals with AVHRR imagery in Arctic Peripheral Seas // IEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. June 2005. V. 43. N. 6.
  49. Met Office, Hadley Centre. HadISST 1.1 - Global sea-Ice coverage and SST (1870-Present), [Internet]. NCAS British Atmospheric Data Centre, 2013
  50. Narvekar P.S., Heygster G., Tonboe R., Jackson T.J. Analysis of WindSat Data over Arctic Sea Ice // Geoscience and Remote Sensing IEEE International Symposium - IGARSS. 2008. P. 369-372.
  51. NSIDC (National Snow and Ice Data Center) Poles Apart: A record-breaking summer and winter. Accessed October 10, 2012.
  52. NSIDC Notes. 2010. N72. p. 1-2.
  53. Parkinson C., Comiso J., Zwally H.J. Nimbus-5 ESMR Polar Gridded Sea Ice Concentrations. 2004. Boulder, Colorado USA: National Snow and Ice Data Center.
  54. Parkinson C.L., Cavalieri D.J. Antarctic sea ice variability and trends, 1979-2010 // The Cryosphere. 2012. V. 6. P. 871-880.
  55. Pedersen L.T. Improved spatial resolution of SSM/I products. IMSI report No 8. Nansen Environmental and Remote Sensing Center, Bergen, Norway, 1998.
  56. Polyakov I.V., Alekseev G.V., Bekryaev R.V., Bhatt U.S., Colony R., Johnson M.A., Karklin V.P., Walsh D., Yulin A.V. Long-term ice variability in Arctic marginal seas // Journal of Climate. 2003. V. 16. P. 2078-2085.
  57. Ramseier R.O. Sea Ice Validation. Final Report. Naval Research Lab. Washington, DC, 1991.
  58. Rosel A., Kaleschke L., Birnbaum G. Melt ponds on Arctic sea ice determined from MODIS satellite data using an artificial neural network // The Cryosphere. 2012. V. 6. P. 431-446, 2012.
  59. Sharkov E.A. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth: Physical Foundations. Berlin, N.Y., L., P., Tokyo: Springer/PRAXIS, 2003. 613 p.
  60. Smith D.M., Barrett E.C. Satellite mapping and monitoring of sea ice. CB/RAE/9/2/4/2034/113/ARE. RSU. University of Bristol, 1994.
  61. Special Sensor Microwave/Imager (SSM/I) and Special Sensor Microwave Imager Sounder (SSMIS) Global Gridded Products. National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS), NOAA. [Электрон. ресурс]. Режим доступа: http://www.ncdc.noaa.gov/oa/rsad/ssmi/gridded/index.php. (Retrieved 24 Dec. 2010).
  62. Spreen G., Kaleschke L., Heygster G. Sea ice remote sensing using AMSR-E 89 GHz channels // J. Geophys. Res. 2008. V. 113. C02S03. doi:10.1029/2005JC003384.
  63. Svendsen E., Kloster K., Farrelly B., Johannessen O.M., Johannessen J.A., Campbell W.J., Gloersen P. Cavalieri D., Matzler C. Norwegian Remote Sensing Experiment' Evaluation of the Nimbus 7 Scanning Multichannel Microwave Radiometer for Sea Ice Research // J. Geophysical Research. 1983. V. 88(C5). P. 2781-2791
  64. Svendsen E., Mätzler C., Grenfell T.C. A model for retrieving total sea ice concentration from a spaceborne dual-polarized passive microwave instrument operating near 90 GHz // Intern. J. Remote Sensing. 1987. V. 8. P. 1479-1487.
  65. Swift C., Fedor L., Ramseier R. An Algorithm to Measure Sea Ice Concentration with Microwave Radiometers // J. Geophysical Research. 1985. V. 90. N. C1.
  66. Vinje T. Anomalies and trends of sea ice extent and atmospheric circulation in the Nordic Seas during the period 1864-1998 // J. Climate. 2001. V. 14. P. 255-267.
  67. Walsh J.E. A data set on Northern Hemisphere sea ice extent, 1953- 76 // Glaciol. Data Rep. GD-2, Arctic Sea Ice. 1978. Part 1. P. 49 - 51. http://nsidc.org/, World Data Cent. for Glaciol., Boulder, Colo.
  68. Walsh J.E., Chapman W.L. Twentieth-century sea ice variations from observational data // Ann. Glaciol. 2001. V. 33. C. 444- 448.
  69. Walsh J.E., Johnson C.M. Analysis of Arctic sea ice fluctuations 1953- 1977 // J. Phys. Oceanogr. 1978. V.9. P.580- 591.