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。

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.

祁连山老虎沟12号冰川运动特征分析

以南方灵锐S82 GPS接收机为数据获取平台,借助RTK测量技术对均匀布设在祁连山老虎沟12号冰川表面的花杆网阵进行表面运动速度观测.2008年6—8月和2008—2009年整年的观测资料显示：2008—2009年间该条冰川表面流速最大值出现在海拔4 750~4 850 m,其中西支表面流速达到32.6 m.a-1,出现在海拔4830 m附近,东支表面流速达到32.4 m.a-1,出现在海拔4770 m附近.相比1959年的观测结果,该条冰川流速减慢了11%.

东帕米尔高原冰川运动特征分析

冰川运动控制着冰量输送变化,为冰川变化和冰川灾害研究提供重要信息。为了探讨东帕米尔高原冰川运动特征及其影响因素,基于ITS_LIVE和GoLIVE分析了不同规模、不同地形条件、表碛/非表碛区域的冰川运动速度状况。研究结果表明:(1)东帕米尔高原冰川平均运动速度为5.31 m·a^-1,冰川运动速度与冰川规模相关,表现为大冰川比小冰川运动快;(2)冰川运动速度与平均坡度相关,表现为随平均坡度增加先增后减,坡度过大不利于冰川积累,表现为厚度(规模)小,则速度慢。(3)西南(8.69 m·a^-1)、东南(11.67 m·a^-1)坡向的冰川运动速度大于其它坡向的冰川运动速度,与各个坡向的冰川规模相关。(4)表碛覆盖型冰川的运动速度小于非表碛覆盖型冰川,表碛对冰川运动速度起到抑制作用。(5)1989-2018年东帕米尔高原冰川运动速度表现稳定,与冰川年际变化稳定相对应。消融期冰川运动速度小于其它季节,与年内冰川厚度变化相关。

光学遥感影像的山地冰川运动速度分析方法

山地冰川随着地形、气候变化等因素不断运动,及时准确的获取冰川运动速度是研究山地冰川特性以及冰川灾害预警的重要组成部分.将光学影像相关技术应用于冰川的运动监测,并在运算中提出了"移动格网"方法.选用相同区域时间序列影像,一幅影像上用格网分割冰川区域,每个小单元格在另一幅影像上根据冰川表面纹理特征进行相关分析,取相关性最大的对应单元格作为变化后的位置,两幅图像由单元格位移量计算运动速度.影像上格网逐步移动,直至完成整个冰川区域的速度解算.选用天山区域一块冰川间隔10a的光学影像,对方法进行了验证.

1989-2020年基于Landsat的东帕米尔高原冰川运动速度数据集

冰川运动与冰川物质平衡、冰川厚度、温度状态、冰川水文特征等密切相关。在气候变化的影响下,冰川运动速度控制冰量输送变化从而引起冰川长度、面积、厚度变化的响应,因此对冰川运动长时间监测至关重要。传统测杆数据无法获取区域尺度范围的冰川运动速度数据,遥感技术的快速发展为冰川运动遥感监测提供了丰富的数据源。东帕米尔高原发育大量冰川,是下游喀什地区水资源源区,对未来社会经济发展、生态文明建设都具有重要意义。本研究收集了1989–2020年Landsat 5、7、8影像,基于特征匹配法提取了东帕米尔高原冰川运动数据集(GeoTIFF格式,32位浮点型),空间分辨率为240 m或者480 m,冰川运动速度误差最高为±0.051 m d^(-1)。为了保留原始过程数据,本数据集除了冰川运动速度数据(glacV)外,还保留了南北向位移(NS)、东西向位移(EW)、信噪比(SNR)、整幅图像的运动速度值(V)。本数据集可以作为冰川研究的本底调查资料,也可以作为冰川动力学模型的输入,为冰川变化及预测、冰川资源利用及灾害防治研究提供基础数据支撑。

基于多源遥感影像的南极Lambert流域冰川运动速度提取与精度验证

冰川运动速度是计算极地物质平衡和对冰盖和冰架数值模拟的重要参数.针对传统冰川运动速度提取算法的不足和局限,基于差分干涉技术(DInSAR)和多孔径干涉技术(MAI)开展二维冰川运动速度的提取研究.将该算法应用于南极Lambert流域冰川运动速度的提取,得到了研究区域高精度的二维冰川运动速度场,将采用偏移量跟踪算法提取的冰川运动速度和本文提取的冰川运动速度进行了对比分析和精度评价;结合研究区域已有历史观测数据,分析全球气候变化背景下Lambert流域冰川的动态变化.研究结果表明,基于DInSAR和MAI的冰川运动速度提取算法优于偏移量跟踪算法;近20年的冰川运动速度时间序列数据显示Lambert流域的冰川运动速度基本处于稳定状态.

冰川运动速度研究:方法、变化、问题与展望

冰川运动将积累区获得的物质输送到消融区,维持着冰川的动态平衡。近年来,随着气候变化,全球大部分冰川面临着剧烈的退缩,而冰川运动变化则较为复杂,引起了学者们的广泛关注。文章系统总结了近年来冰川运动速度的提取方法、冰川运动速度时空分布与变化及其影响因素的相关研究进展。另外,还探讨了目前冰川运动速度研究中存在的问题和未来的发展趋势。结果表明:基于测杆的方法能够获得精度较高的测量数据,但存在时间和空间上的局限性;基于遥感数据自动化提取的方法应用广泛,但影像之间的配准以及海量数据的计算是当前阶段制约冰川运动速度研究的主要问题;近年来,无人机和地基合成孔径雷达的应用为冰川运动速度研究提供了高精度的数据支撑,但二者在冰川运动研究中的应用还不够广泛。冰川运动速度的分布及其变化在空间上存在明显差异,冰川厚度的变化可能是全球大部分冰川运动速度变化的主要原因,但在单个冰川系统上,冰川运动速度变化较为复杂,其原因还需要进一步探讨。遥感数据的不断丰富,云计算平台的使用,物联网、无人机和地基合成孔径雷达等技术的不断普及,以及星、空、地协同观测的出现将会极大促进未来冰川运动速度研究的发展。此外,冰川动力学过程也将备受关注,成为未来冰川运动研究的热点问题。

喀喇昆仑山西北部冰川运动速度地形控制特征

为了探讨地形和海拔对冰川季节和年平均运动速度的影响程度,利用2013-2018年GoLive数据与ASTER GDEM V2数据对喀喇昆仑山西北部3389条冰川的地形(坡度、坡向、海拔)和冰川运动速度进行了综合分析。结果表明:冰川表面运动速度在物质平衡线处(3970~4770 m)达到最快,是冰川积极维持物质平衡的一种体现。坡度平缓地区在不同海拔下的冰川运动速度有明显的差别,但是不同坡度地区的冰川运动速度随海拔变化的趋势基本一致,均呈现先增大后减小。北坡冰川运动速度较平稳,南坡和西南坡的冰川运动速度(均为0.25 m·d-1)最快并且变化幅度较大,最小值与最大值相差近4倍。冰川运动速度不是呈现单一的季节性变化,同时还会受到地形的控制。低海拔区域冰川运动速度在消融期(3-6月)较快,中海拔区域在消融前(11月至次年2月)较快。

2014—2020年科其喀尔巴西冰川运动速度年际与季节变化特征分析

冰川运动是认识冰川性质的关键因素,也是冰川动力学的主要研究内容之一,能够为冰川资源合理利用及冰川灾害预警提供基础支撑。利用2014—2020年Landsat 8遥感影像,采用影像互相关方法,提取科其喀尔巴西冰川表面运动速度,并分析冰川表面运动速度的时空变化特征及影响因素。研究结果表明:(1)科其喀尔巴西冰川年均运动速度为0.04~0.05 m·d-1;(2)冰川运动速度由中流线向边缘逐渐减小,在消融区随着海拔的升高而加快,在积累区随着海拔的升高而降低,物质平衡线附近运动最快(0.17~0.20 m·d-1),与冰川运动的一般规律一致;(3)冰川运动速度具有“暖季快,冷季慢”的季节变化特征,暖季比冷季快16.67%;(4)2014—2020年冰川运动速度呈微弱减小趋势,平均运动速度减少约0.01 m·d-1;(5)气温、降水对冰川的运动速度季节波动及年际变化都具有一定的影响。

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GF-3 SAR影像分析喜马拉雅山热姆冰川运动特征

高分三号(GF-3)是我国第一颗民用C波段多模式SAR卫星,已在微小地表形变探测中展现出一定潜力。为验证GF-3提取冰川流动等大尺度位移的可靠性,本文选取5景条带模式GF-3影像,采用像素偏移追踪技术(POT)测量了喜马拉雅山脉热姆冰川2018年的流速场。结果显示热姆冰川粒雪盆区域流动速度最大,约为1 m/d,而在消融区流速最高到达30 cm/d,从冰舌上端至末端流速逐渐变缓。结合研究区气候和地形资料,分析发现外界温度变化是控制热姆冰川流动快慢的主要因素,同时局部地区流速受地形影响。选取与GF-3邻近时期拍摄的5景Sentinel-1A影像为数据源,利用POT进行热姆冰川同时期运动速度估计,发现两者估计的流速差值标准差为±1.58 cm/d,表明GF-3影像可作为冰川运动信息提取的一种重要数据源。

2000—2018年西昆仑山冰川表面运动特征研究——基于ITS_LIVE数据

近年来,西昆仑山冰川物质平衡异常现象受到广泛关注,然而该地区冰川末端却同时存在前进(常态)、后退、稳定及跃动多种状态。冰川末端进退不仅与气候变化引起的物质平衡变化有关,还与冰川的运动速度变化密切相关。以往研究多集中在前者,而对后者研究较少。因此,本文基于ITS_LIVE v01速度产品,结合西昆仑山冰川表面高程变化及冰川厚度资料,分析西昆仑山地区具有不同变化状态的冰川在2000—2018年的表面运动速度变化特征。结果表明,西昆仑山冰川在研究时段内的多年平均运动速度为6.35 m·a^(-1),年均速度波动上升,这主要是由该区域冰川表面高程整体上呈增加趋势[(0.15±0.02)m·a^(-1)]即冰川物质增加所造成;末端前进冰川的多年平均运动速度为4.07 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内呈增加趋势,这主要与该类冰川在研究时段内物质略微增加有关;末端后退冰川多年平均速度约为4.86 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内呈减小趋势,这主要与该类冰川物质亏损、减薄有关;末端稳定冰川多年平均速度约为3.04 m·a^(-1),年平均运动速度在研究时段内保持稳定,该类冰川在研究时段物质平衡也基本处于零平衡状态。研究区内末端前进冰川的多年平均运动速度较末端后退冰川的偏小,主要是因为末端前进冰川的平均厚度较末端后退冰川的偏小。2000—2018年西昆仑山有7条冰川发生跃动,多年平均运动速度为13.21 m·a^(-1),物质积累[(0.35±0.02)m·a^(-1)]引起速度增加。长度规模较大的后退冰川在2000年之前发生过跃动,由于目前处于平静期,冰川上部积累的物质未能及时输送到下部导致冰舌厚度减薄并后退。

基于延时摄影监测冰川表面运动过程的研究

延时摄影因可靠、高效和低成本的优势,在冰川监测中应用广泛,特别是对于获取冰川表面连续变化信息而言。本文基于2020年3月—2021年9月物候相机拍摄的梅里雪山明永冰川末端照片及多期无人机影像,利用地面摄影测量技术和互相关算法,提取了日尺度冰川表面运动速度。结果表明:通过物候图像获取的冰川表面运动速度分辨率高,从海拔2 880~3 150 m a. s. l.,冰川总位移介于(129.38±7.76)~(669.95±247.88) m,年均表面运动速度达(79.14±4.74)~(412.86±152.75) m·a-1,呈从中间向两侧减缓的空间分布特征。冰川表面运动速度随季节变化,夏季流速[(0.13±0.06)~(1.99±0.37) m·d-1]快于冬季流速[(0.07±0.06)~(1.35±0.37) m·d-1]。与冬季流速相比,夏季流速受降水和气温升高的影响不稳定。根据流速分离结果,明永冰川末端底部全年处于融化或压融状态,底部滑动对冰川表面运动速度的贡献介于76%~93%。冬季底部滑动占表面流速高达82%,夏季底部滑动对冰川运动起绝对主导作用。本文采用的技术为进一步研究季风海洋型冰川的运动机制提供了参考方案。

天山奎屯河哈希勒根51号冰川表面运动特征分析

奎屯河哈希勒根 5 1号冰川位于新疆奎屯市以南的天山依连哈比尔尕山北坡 ,奎屯河上游支沟哈希勒根河源区 .1999年 8月 ,在该冰川上布设了用于冰川运动和冰川物质平衡观测研究的测杆 18根 ,并进行了冰川表面运动、冰川物质平衡和冰川末端变化的首次观测 .根据 2 0 0 0年 8月和 2 0 0 1年 8月的冰川运动观测资料 ,分析了奎屯河哈希勒根 5 1号冰川的运动特征和冰舌末端的变化状况 .结果表明 :奎屯河 5 1号冰川应属于亚大陆型冰川 ;1999/ 2 0 0 0年度和 2 0 0 0 / 2 0 0 1年度的表面运动值不大 ,最大流速点的年运动速度为 3 15m·a-1;运动速度垂直分量UZ的变化规律同乌鲁木齐河源 1号冰川的变化规律相同 ,即消融区的显出流作用和积累区的显入流作用 .该冰川的冰舌末端处于相对稳定的退缩状态 ,196 4— 1999年间平均退缩量约为 1 4m·a-1,而 1999— 2 0 0 1年间的平均退缩量为 5 0m·a-1,反映出冰川退缩增大的趋势 .

北极Svalbard地区Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面物质平衡和运动特征分析

对位于北极Svalbard群岛新奥尔松(Ny-lesund)的Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川首个物质平衡年(2005/06年度)的冰川表面物质平衡及其运动特征进行研究,并阐述了Austre Lovénbreen冰川末端位置的变化状况。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川净物质平衡分别为-0.44和-0.20m w.e.,年消融量分别为0.99和0.94m w.e.,对应冰川零平衡线高度分别为478.10和494.87m。(2)两条冰川符合Svalbard地区跃动冰川运动的特征模式。运动速度矢量的水平分量表现为:向主流线辐合或平行于主流线。下游运动速度较慢,而在中上游运动相对较快。Austre Lovénbreen冰川表面各观测点的运动速度平均值为2.28m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为3.91和0.81m·a-1;Pedersenbreen冰川表面观测点运动速度平均值为6.74m·a-1,运动速度最大值和最小值分别为8.13和5.49m·a-1。运动速度矢量的垂直分量表现为:消融区冰川消融量随海拔升高而减弱,Austre Lovénbreen冰川至E断面表现出微弱的积累,海拔高度略有升高。实际垂直运动量总体符合冰川运动的一般形式,即积累区向下运动,消融区向上运动。(3)Austre Lovénbreen冰川末端2005/06年度处于退缩状态,平均退缩量达21.83m·a-1,各观测点中最大、最小退缩量分别为77.30和2.76m·a-1,差异显著。

利用GPS的北极冰川运动监测与分析

分析了2005～2010年的6期GPS观测数据,获取了冰川表面监测标杆的年均运动速度。结果表明,两条冰川物质平衡当前均处于负平衡状态。结合该地区1936年测量的冰面高程数据,对73a以来冰川总体物质平衡情况进行了比较分析,认为两条冰川当前处于加速消融的状态。

利用Landsat 8和TerraSAR-X影像研究老虎沟12号冰川运动特征

采用归一化互相关算法精确配准Landsat 8影像得到了2014年—2016年不同季节冰川的运动速率,并利用其热红外波段对不同时刻的地表温度进行反演;通过强度追踪法处理TerraSAR-X影像得到了2008年4月—10月不同时段的冰川运动速率。两种数据得到的结果表明:冰川末端流速较小,中部流速增大,流速从轴部向两侧递减;冬季流速明显小于夏季,变化趋势与温度变化具有一致性。冰川西侧分支的移动速率相对较大,从Landsat 8和TerraSAR-X提取的最大速率分别为2.56 m·d^(-1)和2.74 m·d^(-1)。最后对稳定区域的冰川流速进行统计,结果显示Landsat 8提取的冰川流速精度控制在1—9 cm d^(-1),基于TerraSAR-X的强度追踪法提取移动速率的精度控制在2cm·d^(-1),验证了两种数据监测冰川移动的可靠性。

基于Landsat-8 OLI影像的天山南伊内里切克冰川2016年冰川表面运动状态提取与分析

利用Landsat-8 OLI传感器获取的2016年3-9月覆盖天山西段托木尔峰-汗腾格里地区的3期光学遥感影像数据,基于频谱归一化互相关算法提取并分析了该地区南伊内里切克冰川在最近一年消融期内不同时段的表面运动速度分布及其时空变化特征。研究结果表明:2016年消融期内靠近该冰川上游区域可观测到约为55 cm·d^(-1)最大运动速度;由于受到冰川下游物质补给量减弱、表碛物增多等因素影响造成冰川末端区域运动速度最小,整个消融期内冰川主体运动速度基本介于20~50 cm·d^(-1)之间,其平均运动速度约为35 cm·d^(-1)。而且,可观测到位于冰川上游区域在2016年3月9日至9月17日时段内,冰川运动速度呈递增趋势,相反位于冰川下游区域冰川运动速度呈现减弱趋势。另外,与早期研究对比可知,该冰川运动速度有所减缓且冰川末端明显处于退缩状态。

北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征

以野外实测数据为基础,分析北极Svalbard群岛Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面运动特征。结果表明:(1)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面水平运动速度平均分别为2.14 m·a-1和6.28 m·a-1,变差系数平均分别为0.24和0.14,夏季水平运动速度略高于冬季,水平运动速度与其所处海拔高度具有多项式型关系,冰川主流线表面水平运动速度高于两侧,冰川两侧的表面水平运动速度不对称,Austre Lovénbreen冰川从源头至末端依次表现为运动的压缩区、拉伸区和压缩区;(2)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面垂直运动速度平均分别为0.76 m·a-1和0.90 m·a-1,两条冰川表面夏季垂直运动速度均大于冬季且夏季变差系数小,垂直运动速度与海拔高度具有一元线性相关性,表面物质平衡造成的高程变化对垂直运动速度的贡献率最大;(3)Austre Lovénbreen和Pedersenbreen冰川表面应变率分布表现为沿主流线方向逐渐减小然后负向增加,且其变差系数平均分别为0.19和0.15。