海冰冰面融池是指海冰表面由于冰雪融化、降水等因素而形成的融水，通常出现在春夏季节。融池的反照率远低于裸冰和被积雪覆盖冰的反照率。观测显示，海冰反照率越低，吸收的太阳辐射就越多，从而加剧了冰雪融化，形成正反馈机制，因此融池数据对研究海冰的融化与退缩具有重要意义。近年来，融池在北极夏季分布广泛，北极海冰的变化也更加剧烈，长时间连续且大范围覆盖的融池数据将给当前的北极海冰研究提供极大助力。
近日，我实验室极地海洋与气候变化创新团队与北京师范大学全球变化与地球系统科学院、美国纽约州立大学的科研人员合作，利用MODIS多波段（MOD09A1波段1-7）地表反射率数据，反演得到2000-2019年5-9月12.5km分辨率、每8天间隔的北极海冰冰面融池数据集（DNN_MPF）。该研究基于实测融池数据，训练多层神经网络模型（DNN），并采用集合平均的方法减少网络训练过程中奇异值对融池提取的影响，最终构建出MODIS地表反射率与北极海冰冰面融池（MPF）的关系（图1）。经验证，该融池数据集与多源融池实地观测值具有良好的匹配度，且优于此前德国汉堡大学在国际上发布的融池数据集（2000-2011年，UH_MPFv2），将极大弥补国际上紧缺的海冰融池数据，并为分析当前北极海冰的变化和北极物质能量平衡等提供重要帮助。
研究成果于2020年8月在国际期刊Remote Sensing发表，题目为“Retrieval of Melt Pond Fraction over Arctic Sea Ice during 2000–2019 Using an Ensemble-Based Deep Neural Network”。
图1 DNN神经网络结构—MODIS地表反射率与北极海冰冰面融池（MPF）的关系
图2 多源融池实地观测值与DNN_MPF数据集叠加对比示例。点和底图分别表示融池实际观测值和DNN_MPF融池数据
图3 2003-2011年5-9月北极海冰冰面融池数据（DNN_MPF）的平均空间分布
该研究获得国家重点研发计划（2018YFA0605901、2016YFC1402704）、国家自然科学基金（41676185）、国家公派联合培养博士研究生项目、美国国家海洋和大气管理局气候计划办公室(NA15OAR4310163)以及我实验室创新团队建设资金的资助。
原文链接：
- 微信公众号
- OLAR官方公众号