CryoSat-2测高数据与Landsat 8光学数据融合提取南极Amery冰架接地线

本文利用CryoSat-2测高数据与Landsat 8光学数据,针对南极Amery冰架区域开展接地线提取研究.首先通过Landsat 8光学影像三次Hermite多项式插值处理,在坡度分析的基础上利用表面曲率改进方法获取接地线特征点;同时对CryoSat-2测高数据进行坡度分析和表面曲率计算,通过沿轨梯度分析方法提取接地点;最后将Landsat 8与CryoSat-2数据获取的接地点进行最小二乘融合得到融合接地线.实验结果表明,融合结果利用高空间分辨率光学数据不仅能保证接地线提取精度,同时测高数据还能够弥补光学数据受云遮挡导致的数据空缺,保持接地线的完整性.与MOA产品比较可以看出,融合数据点与MOA接地线平均距离为367 m,标准差为601 m,所有数据点中距离小于1 km的点占总数的93.19%,与MOA产品具有较好一致.本文提出的融合算法可以实现空间连续的接地线提取结果,对后续研究南极物质平衡、冰流速计算等具有重要的意义.

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了2011—2017年,每年5月—10月威德尔海海冰出水高度的时空变化。结果表明,最佳的出水高度估算方案为采用0.8倍标准差剔除高度计观测值粗差后,选择沿轨10 km数据段并取最小5%的样本点平均值作为局地海面高估算海冰出水高度;近7年来南极威德尔海月均海冰出水高度总体呈现略微变薄的趋势,变化范围在17.9~27.4 cm之间;威德尔海海冰出水高度的分布呈现东薄西厚的特征,较大值主要分布在西威德尔海以及南极半岛东部海域。上述结论可为进一步研究南极海冰厚度变化对气候变化的响应提供参考。

利用Cryosat-2 SAR模式数据确定北冰洋海平面模型

围绕Cryosat-2卫星SAR模式测高数据处理方法展开研究,利用决策树算法确定冰间水道观测值提取的参数和阈值,进而建立北冰洋海冰覆盖海域的海平面模型UST-CS2。结果表明,UST-CS2与DTU21海平面模型具有较高的一致性。ICESat-2激光测高数据的验证结果表明,UST-CS2的标准差为10.72 cm,与DTU21等模型精度基本持平,证明该模型具有可靠性。

Cryosat-2测高数据的太湖水位监测与变化分析

针对传统的通过水位站监测湖泊水位变化受自然条件和时空等因素的影响以及卫星测高技术的发展,该文提出了利用Cryosat-2测高数据对内陆湖泊水位变化进行研究。以太湖为例分析2011年1月—2014年12月的水位变化,并应用水位实测数据对Level-2 GDR数据所采用的3种波形重跟踪算法提取的湖面高进行精度评价以及季节性变化的对比。结果表明,4年来太湖平均水位变化为0.283 m,测高结果与实测数据变化基本一致,最高值均出现在2011年9月,利用卫星测高数据监测湖泊水位变化可信度较高;对于GDR产品中的3种重跟踪算法,Refined OCOG算法更适合水位变化的提取,有最高的相关系数(0.543)、较低的均方根误差(1.282 m)和最低平均绝对误差(0.260 m);太湖的秋季水位最高,夏季其次,冬季再次,春季最低,且春夏两季水位变化提取的均方根误差最低可达到0.215 m和0.067 m。

CryoSat-2卫星测高计划及其应用

作为欧空局地球探测计划的一项重要任务,Cryo Sat-2卫星于2010年携带着Ku波段SIRAL(干涉/合成孔径雷达高度计)发射升空。Cryo Sat-2任务的优势在于高精度地测量两极海冰厚度以及监测南极大陆和格陵兰冰盖的变化,同时92°的近极地轨道一定程度上填补了先前遥测卫星的高纬数据缺口。本文对Cryo Sat-2卫星的科学目标、科学需求、任务概况、仪器载荷以及数据产品等方面做了详细的介绍,重点强调了Cryo Sat-2的首要载荷SIRAL和数据校准,最后探讨了Cryo Sat-2在极地领域的应用。

基于Cryosat-2与船载重力测量数据反演我国近海海域重力异常

基于Cryosat-2三年半的卫星测高GDR(geophysical data records)数据,使用海面高梯度,依据最小二乘配置方法得到了南海部分海域垂线偏差格网,结合移去-恢复技术采用逆Vening-Meinesz的球面一维傅里叶变换算法快速计算我国近海海域测高重力异常CASM_GRA.与船载重力测量数据融合后,重力场精度在2.75~5.38mgal之间,平均偏差在-0.21~0.45mgal之间.与DTU13重力场模型相比,平均值最大改进为12.98mgal,标准差最大降幅近3.40mgal.与Sandwell V23.1模型相比,平均值最大改进为13.58 mgal,标准差最大降幅为1.09mgal.

基于卫星测高数据的2002~2018年太湖水位变化监测

针对传统水位监测方法的弊端以及太湖水位变化监测的现实需求,基于Envisat和Cryosat-2测高数据,采用Morlet小波分析、Mann-Kendall检验法研究2002年6月~2018年12月近20a的水位以及周期变化,并应用实测数据进行精度验证,从气象因素和人为影响两方面分析其不同时间尺度的变化趋势以及原因.结果表明:Evnisat/RA2L2GDR数据和Cryosat-2/SIRAL L2GDR数据测量精度较高,与实测水位的季、年尺度相关系数分别为0.559和0.845,可以进行长时间序列水位变化的监测;多年来太湖平均水位1.379m,最高水位为2016年6月的2.252m,最低水位为2011年10月的0.832m,每年1~4月水位逐渐上涨,在6月前后达到峰值,此后开始下降,在年末出现轻微抬升,且太湖春季水位最高,夏季最低,极差0.041m;在太湖近20a的水位变化中存在10~20个月、15~30个月以及40~60个月3类尺度的周期变化规律,且40~60个月时间尺度的周期变化最为强烈;以2015年4月份为分界点,在此之前水位呈显著下降趋势,此后水位呈上升趋势,并且在2003年3月与2004年12月水位发生显著突变;21世纪前10a太湖水位主要受控于气象因素,此后人为干预的影响逐渐加剧,使其与自然状态呈现出不一样的规律.

基于Cryosat-2数据的南海2'×2'重力异常计算与分析

利用Cryosat-2数据计算南海高空间分辨率高精度重力异常,对Cryosat-2 level 2 SIR_GDR-2A数据进行轨迹分析和交叉点分析。基于测高数据集（第1-4周期）,借助加权最小范数最小二乘解计算网格剩余垂线偏差分量,然后计算中国南海海域（4°-24°,105°-120°）2＇×2＇重力异常。结果表明,Cryosat-2数据轨迹密度高且分布均匀规则,交叉点不符值均方根值为15.9 cm,略高于同步时间段的Jason-2 GDR数据。与船测重力相比,中国南海海域（4°-24°,105°-120°）2＇×2＇重力异常误差为4.5×10-5m·s^-2。

利用CryoSat-2卫星测高资料确定北极海冰干舷高

卫星测高技术的发展使得大空间尺度探测海冰成为可能,海冰干舷高是反演海冰厚度的关键参量,获取精确的海冰干舷高对海冰探测及了解全球气候变化均具有重要的作用。本文基于近3年获取的CryoSat-2卫星SAR模式测高资料,在60°N—88°N纬度带内的北极海域通过设定阈值筛选可用的观测数据,并在此基础上计算2015—2017年间月平均海冰干舷高,最后通过IceBridge航飞数据的时空匹配验证了本文获取的干舷高计算结果是可靠的。

基于激光测高数据的Amery冰架高程变化监测研究

针对传统的花杆测量法、GPS实测法在南极冰架高程变化监测上的覆盖范围小、操作难度大和安全成本高以及基于SAR差分干涉冰雪表面高程测量易失相干等问题。基于亚米级卫星激光测高数据ICESat/GLAS与ICESat-2/ATLAS重叠点法和克里金插值法,对Amery冰架近15年高程变化进行监测。为了纵向比较,本文以2003~2018年、2004~2019年和2005~2020年3组15年周期数据进行高程变化监测。实验结果表明:在近15年里Amery冰架冰雪物质积累区域大于减少区域,高程变化主要分布在0~±2 m之间,在冰架与大洋接壤区域高程显著升高近40 m。从3组数据纵向对比分析发现,Amery冰架中部区域高程变化相对稳定,边缘区域受接壤冰盖影响年际波动相对较大。

利用Cryosat-2数据确定格陵兰冰盖高程和体积变化

格陵兰冰盖是全球第二大冰盖,其消融情况对全球海平面上升的影响不可忽视。利用Cryosat-2卫星测高数据计算了2011—2017年间的格陵兰冰盖高程及体积变化趋势,对格陵兰冰盖各冰川流域系统的变化进行了详细分析,并与由ICESat激光测高数据获得的2003—2009年格陵兰冰盖变化趋势进行了对比。结果表明,格陵兰冰盖在2011—2017年间的平均高程变化为(-12.3±0.38)cm·a^(-1),体积变化速率为(-220.38±6.0)km^(3)·a^(-1),其主要消融区域位于冰盖边缘,且其消融速度较之2003—2009年间的情况有进一步增加的趋势。

CryoSat-2卫星海冰区域波形识别及海冰干舷高确定

利用40%阈值法对CryoSat-2卫星波形数据进行重跟踪,将波形特征参数和海冰浓度相结合,对海冰和Lead（浮冰之间的开阔水域）进行有效识别。利用沿轨前后搜索算法计算海冰干舷高,并引用AWI结果,绘制2011～2013年北冰洋多年冰区域和一年冰区域平均海冰干舷高变化趋势图。比较本文结果与AWI结果的各年同期数据,验证本文结果的可靠性。

基于CryoSat-2的东南极PANDA断面考察沿线DEM制作及精度分析

基于卫星测高数据,国际上先后发布了ICESat DEM、Bamber DEM等全南极DEM.相对于传统高度计,大轨道倾角、长重访周期的设计使Cryo Sat-2具有更大的数据覆盖范围以及更加密集的轨道覆盖;同时,SARIn模式的启用也提高了Cryo Sat-2对于南极边缘区域的监测能力.针对利用Cryo Sat-2数据提取DEM问题,对Croy Sat-2的轨迹覆盖特征、数据滤波方法、最优内插参数选取以及DEM精度验证等方面进行了探讨,并利用克里金插值法生成了东南极PANDA断面考察沿线1 km分辨率的DEM.结果表明:通过与ICESat数据对比,发现PANDA断面考察沿线DEM整体高程精度约为(1.57±3.30)m;但是,局部区域高程精度分析表明,DEM精度具有不均一性,随着坡度的增加DEM高程精度逐渐下降,高程稳定性也同时下降.

多源卫星测高数据监测太湖水位变化及影响分析

基于Envisat与Cryosat-2卫星测高数据利用波形重跟踪算法提取2003年1月—2019年4月太湖水位信息,并对测高数据进行粗差剔除、卫星间系统误差消除,结合MODIS光学遥感影像提取太湖边界信息,得到长时间序列太湖水位数据。结合气象观测数据和城市人口变迁数据,讨论太湖水位变化规律及其对气候变化以及人类活动影响的响应。结果表明:2003-2009年期间太湖水位呈上升趋势(0.036 m/a),2009-2019年期间太湖水位呈下降趋势(-0.0144 m/a);地表温度及降水均对太湖水位变化有周期性影响,其中降水的影响更为显著;此外,随着太湖周边城市化进程加快,以2009年为节点,2009年后周边城市人口增长速度加快,城市用水需求加大,导致太湖水位呈下降趋势,表明人类活动对太湖水位变化有整体性影响。

利用卫星测高数据反演中国海及邻近海域海底地形

基于重力异常与海底地形之间存在近似的线性关系,利用卫星测高数据所得到的中国海及邻近海域的海洋重力异常资料和ETOPO2v2全球数字高程模型,反演了中国海及邻近海域2′×2′的海底地形,并与ETOPO2v2模型以及船测海深进行比较,验证了计算结果的可靠性和有效性。

Xtrinsic具有I^2C接口的精密测高仪MPL3115A

概述Xtrinsic MPL3115A2采用MEMS压力传感器,具有I2C接口,能够提供准确的气压/高度和温度数据。传感器输出可被高分辨率24位ADC数字化。内部处理消除了主MCU系统的补偿任务。提供多种用户可编程、省电、中断和自主数据采集模式,包括程序化采集周期定时和仅轮询模式。典型有效电源电流为每测量秒40μA,从而实现了稳定的10cm输出分辨率。MPL3115A2采用5mm×3mm×1.1mm LGA封装,工作温度范围为-40℃~至85℃。封装属于表面贴装,带有不锈钢盖,符合Ro HS指令。

全球电离层对2000年4月6-7日磁暴事件的响应

利用分布于全球的电离层台站的测高仪观测数据,对扰动期间,f0F2值与其宁静期间参考值进行比较,研究了2000年4月6-7日磁暴期间全球不同区域电离层的响应形态,并通过对比磁扰期间NmF2的变化与由MSISE90经验模式估算的中性大气浓度比(no/nN2)的变化,探讨了本次事件期间的电离层暴扰动机制.结果表明,在磁暴主相和恢复相早期,出现了全球性的电离层F2层负相暴效应.最大负相暴效应出现在磁暴恢复相早期,即电离层暴恢复相开始时间滞后于磁暴恢复相开始时间.在磁暴恢复相后期,一些台站出现正相扰动.研究结果表明,本次事件期间的电离层暴主要是由磁暴活动而诱发的热层暴环流引起的.

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。

基于多源卫星测高数据的洞庭湖流域2003—2017年湖泊水位变化监测

利用ICESat-1和CryoSat-2测高数据获取了2003—2017年洞庭湖流域内湖泊的水位信息,分析了湖泊水位的时间变化过程,并结合TRMM卫星降水数据及人类用水等数据,讨论了湖泊水位变化对气候及人类活动的响应.结果表明,流域中80%的湖泊在2003—2009年呈现出水位下降趋势(-0.18^-0.09 m/a);75%的湖泊在2010—2017年呈现出水位稳定或上升趋势(0~0.39 m/a);总体来看,75%的湖泊在2003—2017年呈现出水位上升趋势(0.02~0.22 m/a).分析表明,湖泊水位变化为多种因素共同作用的结果,降水为近年来洞庭湖流域内湖泊水位变化的主要驱动因子;以三峡水库为代表的水库运行会对湖泊水位产生季节性影响;同时,人类用水的持续增长也对湖泊水位有一定的影响.多源测高卫星为长时序大范围的湖泊水位监测提供了有力的手段,这对研究湖泊水位变化及其与气候和环境的响应具有重要意义.

卫星测高数据监测青藏高原湖泊2010年—2018年水位变化

青藏高原湖泊水位变化是气候变化和生态环境变化研究的重要指标。随着Cryosat-2观测数据的日益丰富和处理技术的提升,可以有效监测更多湖泊的水位变化信息。本研究构建了基于噪声去除技术、改进的波形重跟踪处理算法(ImpMWaPP)和误差混合动态模型为一体的高精度湖泊水位序列提取方法,利用Cryosat-2 SARIn数据获取到133个青藏高原湖泊2010年—2018年的高精度水位序列,并分析了这些湖泊水位变化的时空变化特征。总体上,青藏高原湖泊的水位继续呈上升趋势,但上升速度较2003年—2009年趋缓,年均变化率0.159 m/a。从地域分布上,北部湖泊的水位上升最为显著,而南部湖泊的水位则趋于稳定。从时间上,2010年—2012年和2016年—2018年,大多数湖泊的水位呈现快速上涨,而其他时间水位相对稳定或略有下降。