高分辨率SAR影像提取冰川面积与冰面河

冰川面积变化是冰川积累与消融的直接体现,与气候变化密切相关。遥感的方法可以为冰川的轮廓及面积监测提供可靠手段,但常用的光学遥感容易受到冰川区多变气象条件的影响。合成孔径雷达(SAR)不受天气影响,尤其是高分辨率SAR影像能够提供冰川表面丰富的细节特征,更好地监测冰川变化。应用相位一致性方法和快速行进法相结合的方法提取冰川轮廓和表面纹理。依据提取的冰川轮廓计算的冰川面积误差在5%以下,表明该方法能够准确地提取冰川面积。同时,在高分辨率SAR图像上,利用提取的冰川表面纹理信息可以有效监测到光学图像上难以识别的冰面河,而冰面河与冰川中长期消融密切相关,提取的冰面河信息将为冰川监测提供一种新的视角。

全格陵兰冰盖表面融水卫星遥感观测

每年夏季,格陵兰冰盖表面消融产生大量融水。冰面融水由冰面河输送,存储在冰面湖或注水冰裂隙中,形成了规模庞大、结构复杂的水文系统。然而,目前研究对全格陵兰冰面融水空间分布的理解十分有限。文章利用134景10 m空间分辨率的Sentinel-2遥感影像,提取了2019年消融旺盛期格陵兰冰面融水遥感信息;进一步,对比分析了遥感观测的冰面融水分布与区域大气气候模型(regional atmospheric climate model,RACMO)模拟的冰面融水径流量。结果表明:①2019年消融旺盛期,格陵兰冰面融水面积为9900.9 km^(2),融水体积为6.8 km^(3);②格陵兰冰面融水的空间分布差异较大,呈现明显的“西多东少”“北多南少”的态势;③格陵兰冰面融水主要由冰面河组成,冰面河占冰面融水总体积的57.1%,其次是注水冰裂隙(25.6%)和冰面湖(17.3%);④RACMO在多数流域准确模拟了冰面融水径流区域。研究反映了高分辨率遥感在格陵兰冰面水文研究中的应用潜力,提升了对冰面融水输送与存储等关键水文过程的理解。

冰川表面水文过程研究进展

冰面水文过程是冰川径流过程的重要组成部分,对于冰川运动与物质平衡具有重要影响.冰川表面在太阳辐射、冰川物理性质、冰面地形和成冰带空间分布等多种因素影响下消融,形成以冰面水系为主线,锅穴、冰裂隙、冰面湖等为端点的冰面融水输送与分配体系.深入理解冰面水文过程,掌握冰川表面融水的输送、存储与释放,对于研究短时间尺度的冰川融水径流过程、探索冰川动态响应机理具有重要意义.总结回顾了目前国内外冰面水文过程的研究现状,提出了该领域有待解决的主要科学问题.

格陵兰冰盖北部地区Denmark流域融水汇流过程遥感观测

在格陵兰冰盖北部溢出冰川以外的地区,竖井和注水冰裂隙较少分布,冰面融水被直接汇流至冰前区域形成冰前水系,最终汇入海洋,形成独特的冰面—冰前融水汇流过程,这对冰盖物质平衡以及海洋环境变化产生重要影响。卫星遥感能够直接观测冰面融水径流和冰前水系的时空分布,提供河流位置、形态、动态变化等关键信息,已成为研究格陵兰冰盖融水汇流过程的重要手段。本研究以格陵兰冰盖北部地区Denmark冰面—冰前流域(3240 km2)作为研究对象,采用Sentinel-2和Landsat 8卫星影像提取研究区2014年—2021年消融期(6—8月)冰面融水范围与流域出口冰前河宽,分析冰面融水与冰前河的季节与年际变化特征。进一步对比遥感观测的冰面—冰前流域融水与区域气候模型(MARv3.12与RACMO2.3p2)模拟的冰面融水径流量,揭示冰面—冰前融水汇流过程对冰面消融强度的响应。结果表明:(1)消融期内,冰面融水范围首先向高海拔地区推进(最高海拔达约1400 m),随后逐步消退至冰盖边缘至约500 m,流域出口冰前河宽呈现先增大至约2000 m后减小至约100 m的变化趋势;(2)遥感观测的冰面融水与流域出口冰前河宽呈现显著线性正相关关系(R=0.87,P<0.01),流域内形成了连续的冰面—冰前水文系统,能够有效汇流融水离开冰盖进入海洋;(3)MARv3.12与RACMO2.3p2模型能够较准确地模拟冰面融水径流量,冰面融水径流量与遥感观测的冰面融水(MAR:R=0.87;RACMO:R=0.84,P<0.01)以及流域出口冰前河宽(MAR:R=0.89;RACMO:R=0.88,P<0.01)均具有较强的相关性。(4)考虑融水汇流滞时的冰面融水径流量与流域出口冰前河宽的相关系数(MAR:R=0.94;RACMO:R=0.92,P<0.01)提升,显著高于瞬时冰面融水径流量对应的相关系数,Denmark流域冰面—冰前融水汇流过程的最优滞时约为2 d,这一滞时定量表征了Denmark流域冰面—冰前流域输送融水的效率。