基于光学影像数据的南极冰川监测研究进展

近年来随着全球气温的不断上升加速了南极冰盖消融和冰架崩解,越来越多的科研学者将目光聚焦南极大陆。研究发现,南极大陆与南大洋的物质交换速率与南极冰川、冰架的运动有着密切的联系,尤其是冰川作为南极冰冻层最为活跃的部分,其对南极乃至全球气候变化都具有指示器的作用。随着搭载不同传感器的卫星发射上空,通过卫星影像进行南极大范围冰川监测成为可能。尤其是光学卫星,由于其发射时间最早,观测时间最长、覆盖面积最广、积累数据量最多,长期以来一直是南极冰川长时间序列监测的重要数据源。本文系统地梳理了目前基于光学遥感卫星发展历程、基于光学影像进行冰川监测的研究进展、国内外已经形成的成熟监测理论方法和冰流速提取软件,为后续利用光学影像进行长时间序列的冰川监测和冰流速提取研究提供参考。

基于Sentinel-1与激光测高数据的冰川运动监测研究

针对不同遥感数据源对冰川监测具有不同的优势,结合Sentinel-1归一化互相关计算方法与激光测高数据重叠点法,对恩格斯堡岛周边冰川进行冰流速和高程变化联合监测。实验结果表明恩格斯堡岛周边Priestley冰川至Nanshen冰架沿线表面流速和高程变化均呈两端大于中间趋势。该区域冰流速最大区域位于Priestley冰川纳什山脊段以及Nanshen冰架与其周边各冰川交汇区。该区域从2003~2019年平均高程变化为2.03 m,最大高程变化为5.16 m,高程变化趋势与表面流速具有较高的一致性,位于Priestley冰川纳什山脊段和Nanshen冰架与各冰川交汇口处高程变化较大,Priestley冰川凯纳特山段相对比较稳定。本文研究方式可为小区域冰川综合监测提供新思路。

多源DEM和多时相遥感影像监测冰川体积变化——以青藏高原那木纳尼峰地区为例

冰川储量变化对全球水循环、能量平衡和区域水资源都具有重要意义,构成全球变化研究的重要方面.针对当前冰川变化监测技术与方法,提出一种结合多源DEM数据和多时相遥感影像监测冰川体积变化的方法.以青藏高原那木纳尼峰地区冰川为例,通过MSS/TM遥感数据识别冰川范围,以地形图DEM和SRTM-DEM计算出两时期冰川厚度变化信息,从而计算冰川体积变化值.计算过程中,对冰川范围识别、遥感数据不同时相、不同源DEM数据的误差进行了分析和控制.结果显示,1976—2001年的25a间该地区冰川体积减少了3.060km3,存在着较为强烈的消耗,冰川年损耗速率为0.1224km3.a-1.

基于GEE的阿尼玛卿冰川面积遥感监测及潜在灾害初步分析

为了解黄河源区冰川的长时序变化,本文选择1995一2020年62景Landsat影像,利用Google Earth Engine(GEE)数据云处理平台,构建冰川提取的波谱参数,编译自动处理程序,提取覆盖研究区的冰川时序面积,同时结合ERA5再分析资料和光学遥感影像,初步分析冰川变化引起的灾害效应。结果表明:气温增高主控下,阿尼玛卿冰川面积持续退缩,从1990年的104.92km^(2)减少到2020年的92.32km^(2),且2011—2020年冰川退缩的趋势相较于2000—2010年明显加快;冰川在退缩-前进-退缩运动过程中存在冰崩风险,易引发冰川泥石流、堰塞湖等链生灾害,且冰川在持续退缩过程中的搬运、侵蚀冰碛物会造成冰川前缘堆积大量松散物质,成为冰缘泥石流发育潜在物源区。

无线传感器网络在冰川环境监测中的应用研究

冰川作为淡水库存资源和气候指示器,对其观测手段的改进非常重要.集成了传感器、嵌入式操作系统、无线网络技术的无线传感器网络,是一种全新的信息获取与处理技术,在环境监测中具有很好的应用和优势.针对无线传感器网络在极端环境冰川监测中的应用进行了分析,给出了部署的网络结构,传感器节点的数据传输途径,以及冰川环境下无线传感器网络需要关注的操作系统功能、传感器材质、长时间能耗、冰下部署的通讯能力等问题,并提出了需要改进的技术方面问题.结合集成网络摄像机,利用Google Earth、Google SketchUp等技术给出了构建全天候的观测网络和实时数据展示平台的措施.讨论了将特定冰川观测区域的无线传感器网络的观测数据,与天空中的遥感卫星监测数据进行结合,构成"天地一体化"的监测研究系统的可行性.

基于多时相Landsat TM/ETM的阿尼玛卿山冰川变化监测

采用遥感及地理信息系统技术,利用多时相Landsat TM/ETM影像和数字高程模型(SRTMDEM),结合中国冰川目录,获得阿尼玛卿山地区不同年份的冰川范围,进行冰川变化监测。综合分析该冰川的变化情况,计算冰川进退变化速率,并对其中4个变化较大的冰川进行详细的分析统计。结果表明:从1991年至2009年,阿尼玛卿山地区既有退缩冰川也有前进冰川,其中冰川退缩面积为15.30km2,前进面积为4.46km2。总体面积持续退缩,其中退缩最大的冰川长度缩短了900m,其它冰川也存在不同程度的变化。

基于SAR影像数据的南极冰川流速监测研究进展

南极冰冻圈尤其是冰盖边缘的冰川、冰架已经成为全球气候变化的重要指示器,开展冰川运动监测以及表面特征变化监测能对全球气候环境变化进行有效预警。随着搭载不同传感器的卫星发射升空,通过卫星影像进行南极大范围冰川监测成为可能。尤其是SAR卫星影像,由于其全天时、全天候的监测优势,可以忽视南极极夜的影响,且具有较高的监测精度,已经成为南极冰川大范围监测的研究热点。本文系统地梳理了目前基于SAR影像数据进行南极冰川监测的研究进展、SAR卫星影像在南极的利用状况、国内外已经形成的成熟监测理论方法,并对比了SAR影像和光学影像进行冰川监测的优势和劣势,为后续利用SAR影像进行冰川监测和冰流速提取研究提供参考。

高亚洲定位监测冰川平衡线高度时空分布特征研究

利用高亚洲定位监测冰川平衡线高度数据,对平衡线高度时空分布特征进行了分析.结果表明:高亚洲冰川平衡线高度在空间尺度上具有纬度地带性、经向地带性和区域性的特征.在时间尺度上,高亚洲定位监测冰川平衡线高度呈现不同程度的升高趋势.在天山山区,乌鲁木齐河源1号冰川和Ts.Tuyuksuyskiy冰川的平衡线高度在1960-2013年间,分别增加约116 m、80 m,二者相比,Ts.Tuyuksuyskiy冰川对气候变化的敏感性更高;在阿尔泰山区,No.125(Vodopadniy)冰川、Maliy Aktru冰川和Leviy Aktru冰川在1983-2007年间,平衡线高度变化趋势基本一致,总体都呈升高趋势,其中,Maliy Aktru冰川平衡线高度增幅最大,升高了约142 m;高亚洲定位监测冰川中,1962-2008年间,七一冰川平衡线高度升高速度最快,增幅最大,升高了约264 m,升高速度最为缓慢的是乌鲁木齐河源1号冰川,其增幅最小,升高了约47 m.

中国冰川资源及其分布特征——中国冰川目录编制完成

依据国际冰川编目规范完成的中国冰川目录 1 1卷 2 1册的统计 ,中国境内共发育冰川 4 62 98条 ,总面积 594 0 6km2 ,冰储量约 5590km3 ,是中低纬度山地冰川最发育的国家 .按山系和水系两种体系分别进行冰川编目 ,获得了中国西部及其各区域的冰川条数、面积和储量等多项指标的确切数量 ,发现了中国冰川及其雪线分布的若干新特征 ,这对于西部山区水资源的开发利用和冰雪灾害的防治等具有重要的科学意义和实用价值 .

青藏高原东南部海洋型冰川物质平衡研究进展

青藏东南部海洋型冰川具有独特的气候敏感性,普遍呈现加速退缩趋势,这不仅影响区域水资源安全,而且伴生了相应的冰川灾害,是当前青藏高原冰冻圈变化研究的热点区域之一。本文对海洋型冰川物质平衡时空变化特征进行了综述,2000年以来冰川总体处于物质亏损状态,其平均物质平衡介于-0.66~-0.61m w.e.·a^(-1)之间;同时总结了海洋型冰川物质加速变化的驱动因素以及新特征。当前海洋型冰川物质平衡变化研究受观测数据缺乏和模型模拟不确定性等问题限制,尤其现有模型对冰面裂隙增多与扩张、冰崖-冰面湖-表碛相互作用、冰内冰下过程、冰崩、末端冰湖水-冰相互作用等过程的描述过于简化或基本缺失,其机理及影响仍存在较大的不确定性。未来需加强海洋型冰川物质平衡的综合监测,基于多数据和多方法的集成研究提高模型对冰川物质平衡多物理过程的耦合与模拟能力,为开展海洋型冰川物质变化的区域水资源效应和致灾效应研究奠定基础。

卫星重力与光学遥感组合的念青唐古拉山脉冰川变化分析

利用GRACE(gravity recovery and climate experiment)和GRACE-FO重力卫星数据,反演了2002年8月至2020年4月间念青唐古拉山脉冰川质量变化,并结合光学遥感技术对念青唐古拉山脉西段冰川面积和储量变化进行估计。结果表明:①研究时段内念青唐古拉山脉冰川整体呈退缩趋势,2013年之后消融速度有所增加。②通过与夏季温度变化和降水异常对比,能够发现温度变化与冰川消融曲线相关性较好,降水在研究时段内持续减少,说明温度升高和降水减少是念青唐古拉山脉冰川质量常年亏损的主要原因。③念青唐古拉山脉西段冰川面积2003—2017年间共减少了72.30 km2,年均减少速率为5.16 km2/a,海拔5600~5800 m区间内冰川面积退缩最为明显。④卫星重力和光学遥感技术协同应用可以优势互补,既能快速定位变化剧烈的区域,又能对冰川信息进行精准提取,从而实现从大范围到小区域的多尺度监测。目前,两种技术联合应用方面仍存在一些不足,有待进一步研究。

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。

近40a长江源各拉丹冬冰川进退变化研究

在近几十年气候变暖的背景下,地球上的冰川迅速消融,我国的山地冰川也发生了剧烈变化。山地冰川变化会直接或间接影响地球的生态环境及人类的生活环境,因此对山地冰川的变化进行监测至关重要。各拉丹东冰川的伸缩变化非常明显地揭示了当地乃至青藏高原和全球气候的变迁,极具科研价值。论文在总结国内外研究现状的同时结合所学知识,采用多达5个时相的陆地资源卫星以及中国冰川目录等有效资料,利用冰雪指数和监督分类方法提取冰川信息,对提取的冰川范围利用空间分析技术进行冰川变化监测。统计分析1973—1986、1986—1992、1992—2004、2004—2009年4个时间段以及1973—2009年整个36 a间的冰川前进及后退信息,并计算冰川进退变化速率,对其中5条变化较大的冰川进行详细的分析统计。结果表明:从1973年至2009年近40 a时间里,各拉丹冬地区既有退缩冰川也有前进冰川,其中冰川退缩面积为118.64 km2,前进面积为62.66 km2,冰川总体面积持续退缩。根据相关资料,近40 a来"三江源"地区气温普遍升高是导致各拉丹冬冰川总体面积持续退缩的关键因素。