基于NIMBUS-6 SCAMS微波辐射计数据的1975-1976年海冰制图与现代算法应用研究

本研究利用NIMBUS-6卫星SCAMS微波辐射计数据，首次构建了1975-1976年全球海冰浓度(SIC)及类型数据集。通过开发混合算法（结合单通道22 GHz与双通道22/31 GHz算法）和动态阈值校准技术，填补了NIMBUS-5 ESMR数据空白，揭示了北极多年冰(MYI)低估问题，并实现南北极海冰类型的分类。该成果为理解1970年代海冰气候响应提供了关键数据支撑。

　　

（以下为论文解读文章）

在气候变化的背景下，全球海冰作为关键气候指标(ECV)的动态监测至关重要。然而，1970年代的海冰记录存在显著数据缺口——NIMBUS-5 ESMR卫星在1977年停止运行后，直到1978年NIMBUS-7 SMMR发射前出现监测空白，且ESMR数据本身存在数月级中断。这段缺失期恰逢气候转型阶段，使得1975年北极海冰最小值和南极最大值成为未解之谜。更棘手的是，早期单通道微波辐射计数据存在海冰类型识别模糊、大气噪声干扰等技术瓶颈。

为解决这些问题，丹麦气象研究所等机构的研究团队创新性地挖掘了NIMBUS-6卫星上原本用于大气探测的扫描微波光谱仪(SCAMS)数据。通过开发混合算法体系与现代噪声校正技术，首次构建了1975年6月至1976年4月的全球海冰数据集，相关成果发表在《Remote Sensing of Environment》。

研究团队采用四项核心技术：1) 混合算法框架（22 GHz单通道算法用于低SIC区域，22/31 GHz双通道算法处理高SIC区域）；2) 基于ERA-5再分析数据的水汽辐射传输模型(RTM)进行区域噪声校正；3) 动态阈值系统（每日更新海冰/开放水域的T_B
特征值）；4) 梯度比(GR)分类法（通过22/31 GHz的T_B
差异区分MYI与FYI）。数据预处理中清除了31%的异常记录，最终保留2776条有效轨道数据。

【海冰浓度与算法优化】
通过对比单/双通道算法表现，发现22 GHz单通道算法在开放水域噪声更低（标准差降低2-4K），但会系统性低估MYI区域SIC约20%。混合算法在SIC>75%时采用双通道结果，使MYI识别准确率显著提升。校正后的22 GHz冰水T_B
差异达4-8K，优于31 GHz通道。

【海冰类型分类】
基于GR=-0.015的阈值成功区分北极MYI/FYI，南极则识别出A/B型表面。12月北极MYI主要分布在中央海盆，而9月南极出现的巨型威德尔海冰间湖（面积≈30万km²
）再现了1970年代特征现象。

【数据验证与对比】
与NIMBUS-5 ESMR相比，SCAMS因更大footprint（145-307km）导致海冰边缘区(SIE)估算平均偏高38.7万km²
（北极）和25.1万km²
（南极）。但填补了1975年4-12月的关键空白，测得9月北极SIE最小值862万km²
，南极最大值1940万km²
。与美国国家冰中心(NIC)图表对比显示，冬季SIC差异在±15%内，但融冰季差异增大。

这项研究开创性地将现代海冰反演技术应用于历史卫星数据，其混合算法框架解决了单通道系统误差问题。所构建的数据集不仅弥合了1970年代关键气候期的观测空白，更揭示了SCAMS这类大气探测仪器在冰冻圈研究的潜在价值。特别值得注意的是，该研究首次量化了22/31 GHz组合对MYI的识别优势，为后续搭载类似频段的卫星任务（如AMSR系列）提供了算法参考。尽管受限于原始数据分辨率，该成果仍为理解海冰对早期气候变化的响应建立了不可替代的基准。