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基于多种机器学习模型的夏季北冰洋海雾卫星检测方法研究

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利用2014-2018年6-9月Aqua/MODIS提供的光谱数据、海面温度数据及其他辅助数据,基于CALIOP L2 VFM产品中云底高度提取的海雾、云和海表标签,建立3类样本数据集.结合使用K折交叉验证法、网格搜索法和粒子群优化算法训练随机森林(random forest,RF)、支持向量机(support vector machine,SVM)、多层感知机(multilayer perceptron,MLP)和全卷积神经网络(fully convolutional network,FCN)4种不同的机器学习模型,对比模型在北冰洋夏季海雾检测中的表现.结果显示,RF、SVM、MLP和FCN均表现出一定的海雾检测能力,检出率(probability of detection,POD)均超过70%.其中,FCN表现出最稳健的综合性能,POD达到79.91%,虚警率达到较低的24.90%,关键成功指数达到63.17%.
Summer sea fog detection over the Arctic Ocean based on satellite data using several machine learning models
Utilizing the spectral data,sea surface temperature,and other auxiliary data provided by Aqua/MODIS between June and September from 2014 to 2018,three categories of sample datasets are established,in which samples are labled as sea fog,cloud,and sea surface based on the cloud base height extracted from CALIOP/VFM.Combining K-fold cross-validation,grid search,and particle swarm optimization techniques,4 different machine learning models are trained,including random forest(RF),support vector machine(SVM),multilayer perceptron(MLP),and fully convolutional networks(FCN).The performance of these models in the summer sea fog detection over the Arctic Ocean is compared.The results show that RF,SVM,MLP,and FCN all exhibit some capability of sea fog detection,with probability of detection(POD)exceeding 70%.Among them,FCN shows the best overall performance,achieving a POD of 79.91%and a low false alarm rate(FAR)of 24.90%,resulting in a critical success index(CSI)of 63.17%.

the Arctic Oceansea fog detectionsatellitemachine learning

付玉琴、衣立、黎梦雅、程雪盈

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中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心,山东青岛 266100

中国海洋大学海洋与大气学院,山东青岛 266100

航天宏图信息技术股份有限公司,北京 100195

中国船舶集团有限公司系统工程研究院,北京 100094

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北冰洋 海雾检测 卫星 机器学习

国家重点研发计划项目国家自然科学基金国家自然科学基金

2019YFC1510102U234221441975024

2024

海洋气象学报
山东气象学会 山东省气象科学研究所

海洋气象学报

影响因子:0.393
ISSN:2096-3599
年,卷(期):2024.44(1)
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