SAR偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动

流动性是冰川的一个主要特征,监测其流速变化可以为冰川物质平衡和冰川灾害研究提供重要信息.本文研究利用2007—2008年的7景ALOS/PALSAR影像和偏移量跟踪技术提取亚洲最大的山岳冰川之一——南伊内里切克冰川的运动场.ALOS/PALSAR影像的时间连续性和南伊内里切克冰川的冰碛覆盖为SAR偏移量跟踪技术获取连续的冰川表面流速提供了基础,然而冰川积累区降雪、附加冰带消融、陡坡区域裂缝发育等客观事件的发生对速度的获取仍有局部影响.尽管如此,本文仍得到了整个冰川不同季节的平面运动场,并且在所有6个时间段内观测到的运动场非常吻合.详细地分析揭示南伊内里切克冰川运动具备以下规律:流速由轴部向两侧递减,由源头向下至雪线处运动速度逐渐增加,然后再向末端逐渐递减;流速大小和坡度大小呈非线性正相关,坡度从1°突变至16°时,冰川运动加速会导致裂缝发育;夏季受冰川湖影响,尾部分支流速能激增至96cm/d;暖季速度会高于寒季5～10cm/d.该冰川的冰舌主体日平均速度为20～50cm/d,局部最高速度可以达到65cm/d.在冰舌上提取了一些样点的速度作统计,结果显示各个时段中所有样点的平均速度最高可达33.3cm/d,最低可至27.9cm/d.冰舌部分的速度和2004年的数据相比下降了约5cm/d.

DEM辅助偏移量跟踪技术的山地冰川运动监测研究

为改善传统偏移量跟踪技术获取山地冰川表面位移时受大空间基线和地形起伏影响较大的状况,研究了数字高程模型(digital elevation model,DEM)辅助的偏移量跟踪技术。以西藏自治区康马县和浪卡子县之间的卓莫拉日山系东段冰川区为例,选取2对不同空间基线长度的TerraSAR-X数据应用传统的和DEM辅助的偏移量跟踪技术进行处理,并对比非冰川区的2种偏移量提取结果;针对2景入射角和成像范围有所差别的COSMO-SkyMed影像开展了DEM辅助的偏移量跟踪数据处理。结果表明,DEM辅助的偏移量跟踪技术不仅降低了空间基线和地形起伏引起的误差,而且还能应用于同一传感器不同波束模式的合成孔径雷达(synthetic aperture Radar,SAR)影像,扩大了SAR数据的使用范围。

基于SAR偏移量跟踪技术的加拉白垒峰典型冰川位移监测

随着淡水资源的日益紧缺,冰川作为重要的淡水资源,与人民生活的关系愈发重要,同时冰川消融引起的地质灾害也深深影响着人们的生命和财产安全。以西藏加拉白垒峰区域典型冰川为研究对象,选用日本的L波段ALOS-2合成孔径雷达影像数据,采用基于强度的偏移量追踪技术,对加拉白垒峰周边冰川位移变化开展了监测研究。结果表明,加拉白垒峰北侧岗普冰川630天内方位向最大累积形变量超过60 m,其位移累积量和流速受其东侧支流的影响较大。相关研究结果可为藏南地区类似冰崩碎屑流灾害的减灾和防灾工作提供参考。

基于时序偏移量跟踪技术的喀喇昆仑山Batura和Passu冰川表面流速监测

基于2017-2019年Sentinel-1 SAR数据,利用小基线集(SBAS)偏移量跟踪技术获取喀喇昆仑山系Batura和Passu冰川时序表面流速,分析冰川表面流速时空变化特征.结果表明,Batura和Passu冰川都表现出明显的季节变化特征.Passu冰川对季节响应存在异常现象,春冬季节的强降水增强冰川表面流速,夏季表面流速较小,沿冰川主流线,受坡度影响,表面流速起伏变化较大,冰舌末端具有前进的可能;Batura冰川表面流速随着高程降低逐渐减小,但积累区流速较大,冰川运动的活动性较强.SBAS偏移量跟踪技术在夏季受降水和冰雪融化的影响,时序偏移量变化起伏相对较大,冬季较稳定.利用非冰川区10个稳定城镇区获取的偏移量误差占最大冰川流速比例为1.7%~2.1%,距离向和方位向偏移量获得的偏移方向与冰川流动方向一致,证明冰川时序表面流速结果可信.

基于光学遥感像素偏移量的金沙江流域2018年白格滑坡演变过程

随着光学遥感卫星的增多以及影像质量的提升,利用光学遥感影像监测地表形变呈现出极大的发展潜力。以金沙江流域典型的高位远程滑坡——白格滑坡为例,选取Sentinel-2光学影像,综合利用像素偏移量跟踪(Offset-tracking)技术和时序反演(Time-series Inversion)算法,对2018年“10·10”白格滑坡和“11·3”白格滑坡前后的地表形变进行了反演与分析。结果表明:①“10·10”白格滑坡发生前(2015年11月13日~2018年2月5日)坡体最大水平位移为31.69 m,时序位移呈现出明显的“初始启动→等速变形→加速变形”过程特征;②“11·3”白格滑坡发生前(2018年10月28日~2018年11月2日)东西向(主滑方向)形变高达12.89 m,与雷达影像偏移量跟踪结果一致;③“11·3”白格滑坡发生后(2020年1月16日~2022年2月4日)部分残留堆积体东西向累计形变最高达7.71 m,滑移迹象明显,存在再次成灾风险。通过分析COSI-Corr和CARST两种光学影像偏移量跟踪软件的形变结果、InSAR形变探测结果和无人机三维变化检测结果,验证光学影像偏移量跟踪方法探测地表形变具有较好的精度和可靠性。

基于SAR影像的喜马拉雅山珠穆朗玛峰地区冰川运动速度特征及其影响因素分析

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有其全天候、全天时、穿云透雾的工作能力,广泛应用于山地冰川动态监测中.利用2006年6-9月三期ALOS/PALSAR雷达影像,采用偏移量跟踪技术,提取了喜马拉雅山珠穆朗玛峰(珠峰)区域的冰川运动速度,分析了区域内冰川运动速度空间差异及其影响因素.结果表明:研究区31条山谷冰川平均运动速度为9.3 cm·d-1,总体上以珠峰-洛子峰南北向山脊线为界限,东侧和东南侧冰川日均运动速度(11.1 cm·d-1)普遍高于北部和西北部冰川日均运动速度(5.4 cm·d-1).冰川消融区非表碛区冰川平均运动速度为表碛覆盖区平均运动速度的2.2倍,冰面湖的发育在一定程度上加剧冰川运动速度波动.在气候与非气候因子共同作用和相互间的此消彼长中,研究区65%的冰川的运动速度自中值高度往下显著减小,16%的冰川自中值高度往下呈显著增大趋势,19%冰川消融区运动速度无显著变化趋势.

震后小流域重力侵蚀产沙效应——以汶川震中莲花芯沟为例

震后小流域重力侵蚀过程与机制复杂,具有显著的产沙输沙效应,造成强烈的水土流失,严重威胁灾后重建和重大工程安全,是泥石流和土壤侵蚀领域研究的热点与难点之一。本文以震中莲花芯沟为典型研究区,选取2008—2010年的三场泥石流,采用多源遥感和GIS等手段,建立数字坡沟系统,融合D-In SAR和偏移量跟踪技术,生成不同场次泥石流前后的三维地表形变场,研究震后泥石流在不同类型"坡体-沟道-流域"上的多尺度侵蚀产沙特征与物质迁移过程。结果表明:1)2008—2010年三场泥石流,坡体侵蚀总量分别为6.44×10~5m^3、3.36×10~5m^3和3.02×10~5m^3,输入沟道的泥沙总量分别为3.54×10~5m^3、1.56×10~5m^3和5.16×10~5m^3,流域侵蚀总量分别为6.736×10~5m^3、5.217×10~5m^3、5.540×10~5m^3,流域输沙总量分别为3.84×10~5m^3、2.24×10~5m^3、2.96×10~5m^3;2)坡体重力侵蚀产沙量占各级沟道总来沙量的50%以上,是各级沟道泥沙的主要来源,其中以凸凹型坡、凸型坡和混合型坡三类坡体产沙最多,占坡体总产沙量的85%以上,且随沟道级别升高(三级→二级→一级)而呈递减趋势,二级沟道在各级沟道中输沙贡献率最大、达45%,是主沟泥沙重要来源;3)坡体侵蚀量与侵蚀面积及堆积量与堆积面积的比值均存在指数函数关系,坡体产沙量与坡体单元面积的比值呈线性正相关关系,坡体侵蚀量、堆积量、产沙量均随其对应面积的增大而增大;4)震后坡体侵蚀速率呈先减小后增大趋势,最大侵蚀速率在凸凹型坡体单元、达0.24m/次;流域侵蚀速率也呈先减小后增大趋势,同时,存在由低到高逐级递增趋势,其中主流域侵蚀速率最大、达0.39m/次;5)各级流域泥沙输移比随流域级别增高而减小,其中主流域泥沙输移比最低、为0.28,三级流域最高、达0.93。研究结果可以为灾区小流域泥沙调控、重大工程选址选线、河流整治和次生山地灾害风险评估及防治工程设计提供依据和参考,对保障山区公共安全具有重要意义。

联合Sentinel-1与Landsat8影像的希夏邦马峰冰川三维运动反演

SAR偏移量技术和光学偏移量技术是冰川运动监测重要的技术手段,但目前对于融合不同平台的影像进行三维形变的研究较少。文章选取2019年11月至2021年1月西藏聂拉木县希夏邦马峰地区的大型冰川作为研究对象,基于方差分量估计融合该研究区的Sentinel-1与Landsat8两种数据进行冰川的三维位移解算,选取了同一时期的光学影像对偏移量估计结果进行对比分析,同时选取稳定区域进行精度评估,分析该方法在冰川运动监测中的适用性和精确性。结果表明,该冰川在2019年11月至2021年1月,联合解算的东西向最大流速为21 cm/d,南北向最大流速为68 cm/d,垂直向最大流速为17 cm/d。对比单一影像获取的冰川位移结果,多影像联合解算方法,能够弥补SAR数据的失相干和光学数据的低质量像元值的不足,获得更加完整和详细的冰川信息,监测结果精度更高。可为利用不同平台的数据联合监测山地冰川的多维度和高精度变化提供参考和技术支持。

PO-SBAS技术用于错朗玛冰川三维时序运动特征分析

山地冰川是全球气候变化的重要调节器和指示器,高时间分辨率、多维度的冰川流速监测能够对其运动造成的相关灾害进行精准的分析和预警.星载SAR技术是冰川运动监测的一种有效手段.本文采用了基于小基线集的像素偏移量技术,建立了联合升降轨偏移量的三维时序形变求解平差模型.利用2017年升降轨Sentinel-1A/B数据监测了喜马拉雅山中段北坡的错朗玛冰川三维时空运动特征.结果表明,错朗玛冰川在2017年4月13日至2017年12月9日时间段内,在东西向上最大流速为9.8 cm/day,南北方向上以20.5 cm/day的最大速度向北运动,垂直向上在坡度最陡峭处冰川最大速度为7 cm/day.结合地形与当地气温数据,发现该冰川运动整体上以地形因素主导,而外部气温环境会导致冰川流动发生局部特征变化.本文结果可为冰川运动引发的山地灾害研究提供参考.

联合哨兵2号和Landsat 8估计白格滑坡时序偏移量

光学影像时序偏移量跟踪是滑坡监测的一种重要手段。针对单平台光学时序偏移量估计时间采样率不足的问题,利用多源时序偏移量估计获取了白格滑坡2014-11—2018-09期间的形变。首先,基于哨兵2号和陆地卫星(Landsat)8分别进行单平台和双平台下的时序偏移量计算。其次,以稳定区域统计值和交叉验证两种方式进行精度评定。然后,基于双平台下的时序形变对滑坡进行阶段划分,并探讨其成因。结果表明:(1)双平台时序偏移量精度优于单平台,哨兵2号在东西向和南北向的精度分别提升3.02%和5.37%,Landsat 8在两方向上的精度分别提升了3.61%和0.40%;期间的最大累计形变和最大平均形变速率分别为42.90 m和9.06 m/a。(2)白格滑坡可划分为初始、等速和加速(初加速和中加速)3阶段,截至2018-02-05已进入中加速阶段。(3)时序形变与降雨量相关性系数高达0.88。

利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动

冰川运动是冰川及冰川湖危险性评估的重要依据。高分三号作为中国首颗民用星载合成孔径雷达卫星,因其全天时、全天候以及高空间分辨率的特点在冰川运动监测中有着重要优势。利用5景精细条带2成像模式的高分三号影像,应用偏移量跟踪技术监测了念青唐古拉山依嘎冰川在2017-11—2018-03期间4个时段的运动分布情况。通过与高分三号影像时间分布类似的两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果进行对比,并基于研究区基岩运动速度应为0的假设,计算了高分三号各个时段结果基岩区的速度残差,评估了高分三号影像在冰川表面运动监测中的适用性。高分三号监测结果表明,4个时段依嘎冰川表面具有相似的流速分布,其表面速度最大处均分布在冰川表面高程变化最剧烈的中部,且与基于两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果在总体强弱态势上吻合;各个时段高分三号监测结果基岩区速度残差的均方根误差分别为1.4 cm/d、2.0cm/d、1.7 cm/d、2.3 cm/d,验证了利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动的可靠性。以上分析结果表明,高分三号影像可作为冰川表面运动监测的常规数据来源之一。由于高分三号同时具有高空间分辨率和高性价比的特点,因此它能为中国冰川遥感监测发挥独特作用。