研究表明,提出的基于机器学习的技术利用原位厚度测量和 Sentinel-1 反向散射数据可以检索海冰厚度的区域和时间变化,均方根误差 (RMSE) 约为 22 cm。预测结果表明,冰层较薄(小于 30 厘米)的情况下是不准确的,而最准确的预测是 8 月 1 日和 1 月 1 日期间的冰。本模型可用于绘制海洋地图- 北极上空所需日期的冰厚度,也可用于计算冰体积。此外,将该技术应用于一系列 Sentinel-1 图像可以帮助监测海洋的冰物候。这项研究说明了所开发的技术使用 Sentinel-1 数据进行海冰厚度监测的能力,具有合理的精度。然而,仍然需要开展工作来降低不准确性,例如从高压极化数据中消除残余热噪声,并包括海冰特征时间序列,例如温度、积雪和盐度,以产生大面积冰厚度变化的一致长期记录。研究区域位于 Google 地球上的北冰洋波弗特海内。圆圈显示了 ULS 仪器的位置。
Sentinel-1 框架的轮廓,覆盖了 ULS A、B 和 D,在任何观察几何条件下分别由红色、蓝色和绿色矩形表示
从ULS数据中估算冰层厚度的测量和计算参数示意图
2003-2018年期间ULSs A、B和D的厚度的每日时间序列。较厚的曲线通过应用移动平均数(每月)来显示平滑的时间序列
2004-2017年期间ULSs A和B厚度的年际变化,通过移动平均线(月)平滑
对2017年6月12日(a-f)(被冰覆盖)和2017年9月16日(被水覆盖)采集的图像应用的归一化结果的两个例子。(a、d、g、j)表示归一化前的HH和HV图像,(c、f、i、l)表示归一化后的图像。图像轮廓见(b、e、h、k)
(a)2015年8月至2019年12月在HH和hv偏化获得的图像的线性斜率,(b)2017年在两次偏化获得的图像的斜率
在ULS B处,入射角归一化前后的(a) HH和(b) HV背向散射功率的时间序列
在所有三个系泊处,模态厚度值(蓝色)以及相应的后向散射系数(红色)(a)HV和(b) HH的时间变化。在应用一个运行平均过滤器后的相同时间序列,也被绘制在带有厚线的相同面板上。(c,d,e)2015年9月-2016年9月、2016年9月-2017年9月-2018年9月,(b)中描述的哨兵-1后向散射系数(HH-pol)。(f)radarsat-1(HH-pol)和ERS-1和2(VV-pol)SAR的后向散射系数的季节演变
(a)射频回归训练样本的真实厚度值和预测厚度值,训练时真实厚度与预测厚度的(b)散点图。(c、d)与(a、b)测试样品相同
组合训练和测试数据的散点图,颜色代表数据的体积
(a,c)训练数据的真实厚度的时间演化和测试数据的分类结果。冰和水的类别分别用深橙色和蓝色的点表示,(b,d)训练和测试的分类性能
系泊A周围区域的厚度图,从2018年1月17日至12月31日,每24天绘制一次
上图冰层厚度的直方图
2018年,本方法预测的厚度时间序列与PIOMAS模型和ULS A测量的厚度时间序列之间的比较
真实和预测的厚度时间序列仅使用(a)的一个特征(moy),(b)的后向散射系数(HH、HV)和(c)的三个特征(HH、HV和moy)
区域的厚度图,使用(a)HH和HV,(b)HH、HV和moy,(c)HH、HV和doy,(d-f)对应的直方图