基于GIS的冰川中流线自动提取方法设计与实现

冰川长度是冰川编目的重要组成部分, 在冰川变化研究中具有十分重要的作用. 基于冰川轮廓矢量数据和数字高程模型数据, 从冰川形态角度提出了针对单一盆地与单一出口、复式盆地与单一出口、冰帽三种类型冰川的中流线自动提取方案, 并在GIS软件支持下实现了冰川海拔最高点与最低点、冰川中流线的自动提取. 以乌鲁木齐河源1号冰川、喀纳斯冰川、古里雅冰帽和野牛沟冰帽为例, 分别提取了各条冰川的中流线, 结果表明SRTM和ASTER GDEM两类数字高程模型数据对冰川海拔最高点与最低点的位置判别影响较小; 对单一盆地与单一出口类型冰川中流线实现了自动化提取, 而对于复式盆地与单一出口冰川类型和冰帽类型, 在冰川中流线提取中仍需专家知识支撑. 与我国第一次冰川编目中的长度数据相比, 本方法提取的冰川长度数据更加合理, 对于补充与完善我国第二次冰川编目数据集具有一定的参考价值.     

1970—2016年阿尔金山冰川长度变化

长度是冰川的重要几何参数,对于认识冰川动态特征和模拟冰川厚度具有重要价值.基于阿尔金山第一次和第二次冰川编目数据及Landsat OLI遥感影像,利用冰川中流线方法提取了阿尔金山1970年、2010年和2016年的冰川长度数据,并结合气象资料分析了冰川长度对气候变化的响应.结果表明:2016年阿尔金山共有冰川507条,...     

基于GIS的冰川动力学模型部分参数自动提取研究

对冰川进行动力学模拟,对于理解和预测冰川对气候变化的响应具有非常重要的意义.每条冰川主流线上各节点间的面积-高程分布、坡度等是冰川动力学模拟中必需的参数,采用人工方法提取冰川的这些参数需要耗费大量时间和人力.因此,在GIS技术支持下提高获取参数的自动化程度对于获取参数的效率十分重要.以叶尔羌河流域为例,以冰川分布矢量、冰川主流线、流域的数字高程模型为基础,开展了冰川动力学模型参数自动提取流程的试验研究.研究参考了人工提取的流程,先自动提取冰川主流线上各节点处的高程,进而获取主流线上各节点之间的分带面积,最后计算出其他参数,如冰川作用差、长度、坡度等.整个过程基本实现了提取流程的自动化,为流域冰川动力学模拟提供了有效工具.     

基于高分卫星数据的冰川长度综合提取方法

冰川长度是冰川变化研究中的重要参数。以青藏高原普若岗日冰原为研究对象,基于高分一号卫星遥感影像和数字高程模型数据,利用波段阈值法和目视解译相结合的方法提取冰川边界,综合利用冰川中心线法和冰川主流线法获取冰川长度,并在地理信息系统技术支持下进行了实现。结果表明,提取的冰川长度线与人工数字化的冰川长度线吻合度较好,精度可达97.9%,且执行效率较高。     

基于KH-9数据对青藏高原山地冰川DEM提取及精度评价——以普若岗日冰川和雅弄冰川为例

针对青藏高原山地冰川区早期DEM数据缺乏、精度低、覆盖范围小等问题,以普若岗日冰川和雅弄冰川为例,利用解密的早期高分辨率间谍卫星KH-9立体像对,建立了基于KH-9数据的山地冰川DEM提取技术流程,并以ICESat GLAS高程数据为基准对提取的DEM进行了精度评价和精度影响分析。结果表明：无论是在普若岗日冰川区还是雅弄冰川区,所获取的DEM精度均完全满足估算山地冰川长时间尺度物质平衡的精度要求。KH-9数据具有空间分辨率高,地面覆盖范围广,成像时间较早（1971-1980年）等特点,可为山地冰川物质平衡研究提供很好的基础数据源。     

音苏盖提冰川表面流速特征分析

跃动冰川的监测相对比较困难。本文采用Sentinel-1所携带的C波段合成孔径雷达特征匹配方法(Feature-Tracking)获得了喀喇昆仑北坡克勒青河谷音苏盖提冰川物质平衡年内比较详细的冰川表面流速。分析发现:选取的音苏盖提三条分支冰川中,南斯嘎姆里冰川(Skamri Glacier)流速整体大于其余两条,三条分支均存在快速运动区,斯嘎姆里冰川和北分支积累区流速突增,可能存在雪崩现象;两条南分支冰川整体流速夏季大于其他季节,而北分支冬季流速大于其他季节。虽然三条分支均存在快速运动区域,但是即使是流速最快的南斯嘎姆里冰川在物质平衡年内的运动速度也只有119 m·a-1,说明该物质平衡年内音苏盖提冰川并不处于跃动期。     

山地冰川流动模型探讨

近30 a来冰川动力学模型有了快速发展, 在南极、 格林兰冰盖预测中取得一系列重要成果, 对山地冰川的研究也初见端倪. 从冰川流动的力学过程出发, 利用本构方程、 理想冰川假设、 浅冰层近似(Shallow ice approximation)假设完整地推导了理想冰川流动的物理过程, 揭示了冰川流动的机理, 建立了气候变化和冰川自身重力引起的理想冰川物质和能量再分配的温度耦合三维流动模型. 结合山地冰川的冰床形态, 将理想冰川与实际冰川相结合, 使理想冰川流动模型更好地近似山地冰川的流动.     

表碛覆盖型冰川的提取方法及变化

表碛覆盖型冰川是山地冰川的一种特殊类型,表碛的存在使得其对气候变化呈现出不同的响应特征。基于2011—2020年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像和ASTER DEM数据,在综合分析表碛光谱、地形和地表温度特征基础上提出TDSI（temperature NDDI slope ice）方法,并将其用于提取中国境内托木尔冰川等6条大陆型冰川和雅弄冰川等3条海洋型冰川。结果表明：基于TDSI方法提取表碛覆盖型冰川的总体精度为91.23%,其中大陆型和海洋型表碛覆盖冰川的精度分别为91.20%和90.97%。2011—2020年6条大陆型冰川和3条海洋型冰川面积平均减少0.06%和0.11%,而表碛面积分别增加了11.92%和18.35%。大陆型冰川表碛主要分布在其中值海拔以下,而海洋型冰川表碛分布范围更广,近10年间二者均呈现向冰川上部扩张趋势。气温上升是冰川消融退缩和表碛增加的主要原因,同时冰川流速变化和终碛湖演变也对表碛变化有一定影响。     

Application of UAV equipped with high resolution sensors in fine topographic mapping北大核心CSCD

无人机搭载高分辨率传感器,获取的正射影像和数字表面模型(DSM),能够很好的反映精细地形表面特征。本文以藏东南地区雅弄冰川末端为研究区,利用M300 RTK无人机搭配睿铂M6P量测型相机,获得了地面分辨率为1.5 cm的正射影像及DSM。与航天遥感数据Planet影像和数字高程模型TanDEM相比,无人机航测获取的正射影像、DSM在提取冰川边界、冰川表面形态上具有较大优势。本文利用坡度阈值法、R成像波段阈值法,能够有效提取冰裂隙、冰面湖的分布,且自动提取误差小于10%。因此,无人机航测获取冰川区精细地形在未来冰川研究中具有非常大的潜力,尤其是提取冰面特殊形态,研究微尺度地形对冰川变化的影响。     

尼泊尔冰川1980-2010年的变化特征

利用尼泊尔已发布的冰川编目数据、遥感数据及DEM数字高程模型,利用GIS和Excel对尼泊尔境内冰川的结构特征及1980-2010年的冰川变化特征进行了分析,并运用冰川系统功能模型模拟了同期尼泊尔冰川的变化趋势。结果表明：（1）尼泊尔境内冰川平均规模较小,且冰川分布的海拔差异大。（2）尼泊尔冰川平衡线高度分布受地形影响明显,呈现出反纬向性变化特征,存在若干以高峰为中心的高值区域。（3）1980-2010年尼泊尔冰川整体呈现退缩状态,冰川数量增加了378条,冰川面积和体积均减少,分别减少了24%和29%;小规模冰川或冰川系统退缩更快,1980-1990年冰川变化速率最快。（4）采用历史时期的气温变化率,冰川系统功能模型可以较好地模拟冰川历史时期的变化特征。     

1987—2016年雀儿山冰川变化及其对气候变化的响应

深入了解全球变暖背景下青藏高原东南部海洋型冰川的变化趋势及其对气候变化的响应,对认识不同类型冰川对气候变化的响应方式有重要意义.根据Landsat系列遥感影像和数字高程等数据提取了青藏高原东南部雀儿山地区1987—2016年期间多年的冰川边界,并对其变化过程和特征进行了分析.结果表明:1987—2016年雀儿山地区冰川...     

中国冰川面积随高程分布规律研究

冰川面积随高程分布规律是冰川系统结构研究中的重要内容. 根据中国第一次冰川编目数据集,将全国冰川划分为27个研究区域,基于SRTM-DEM数据,分别提取了各研究区分段高程所占面积,分析了冰川面积随高程的变化. 结果表明：各研究区冰川面积都随高程呈偏态分布. 依据统计理论,建立了冰川面积随高程分布的二阶高斯分布偏态回归模型,回归模型决定系数均大于0.97,相对误差较小. 根据偏态回归模型,计算出了冰川系统高度特征值,并分析了冰川面积分布的区域性差异. 该模型一方面可以表达冰川面积在中间高程的集中程度;另一方面可以描述冰川面积在两侧分布的差异性,并可以用来分析未来冰川的变化. 偏态分布模型能很好地描述中国冰川面积随高程分布规律,为冰川系统结构的研究和冰川区域分布差异提供参考.     

利用卫星资料反演区域冰川冰量变化的尝试——以祁连山为例

物质平衡是衡量冰川“健康”状况的最好方式,由于野外工作开展难度大,物质平衡观测仅局限于少数几条冰川上,限制了区域冰川物质平衡和冰量变化的评估.通过卫星高程数据可以监测区域冰川高程变化,进而可估算其冰量变化.利用SRTM和ICESat激光测高数据反演了祁连山冰川冰量变化,结果表明:21世纪初祁连山冰川处于物质亏损状态,年平均高程减薄(0.345士0.258)m,相当于(0.293土0.219)m w.e.,估算祁连山冰川年均冰量损失为(534.2±399.5)×106 m3 W.e..由于祁连山各冰川区相对独立,相隔较远,冰川规模普遍不大,且ICESat地面轨迹在中低纬度分布稀疏,使得结果的不确定性还很大.     

1961—2006年叶尔羌河上游流域冰川融水变化及其对径流的影响

叶尔羌河是塔里木河的主源之一,发源于喀喇昆仑山北坡,冰川融水是其主要补给.以叶尔羌河流域库鲁克栏杆水文站以上流域国家气象台站的月降水与月气温资料、90 m分辨率的数字高程模型(DEM)以及1970年代的冰川分布矢量数据为基础,利用冰川度日因子融水径流模型重建了叶尔羌河上游流域平均冰川物质平衡、冰川融水径流序列,分析了叶尔羌河上游流域冰川融水径流变化的特征、趋势及其对河流径流的影响.结果表明:1961—2006年流域冰川平均年物质平衡为-163.1 mm,累积物质平衡为-7.5 m,平衡线平均海拔为5 395.7 m.1991年之后流域冰川物质平衡呈显著负平衡,平均年物质平衡为-301.2 mm,1991—2006年与1961—1990年相比平衡线平均高度上升了64.2 m.1961—2006年流域年平均冰川融水径流深为807.7 mm,冰川融水对河流径流的补给比重为51.3%;2000年之后冰川融水对河流径流的补给比重增大到63.3%,与多年平均值相比冰川融水对河流径流的贡献在2000年后明显增大.     

基于合成孔径雷达技术及DEM的公格尔山冰川动力特征分析

冰川流速是冰川动力状况的重要标志,利用合成孔径雷达技术能快速获得大范围冰川的表面流速.利用日本高级陆地观测卫星(ALOS)相控阵型合成孔径雷达L波段(PALSAR)及欧洲太空局的ENVISAT/ASAR数据的特征匹配方法获得帕米尔高原公格尔山区冰川表面流速,并结合合成孔径雷达干涉相干与不同时期数字高程模型对公格尔山区典型冰川动力进行分析,获得研究区不同时间基线冰川表面相干性、表面流速以及基于不同时相DEM的典型冰川表面高程变化信息.结果表明:30 a来克拉牙依拉克冰川表面高程下降了(15±12.1)m,表碛区域近期运动速度变化不大;其木干冰川平均表面高程几乎无变化,但2007-2011年夏季表面流速明显减缓,靠近末端附近部分区域可能已经演化为非活动区;姜满加尔冰川位于西风带的迎风坡,积累区面积大,冰川流速较快,无表碛覆盖,但表面高程仍下降了(8.8±12.7)m.编号为5Y663D0009的冰川冰舌表碛覆盖区可能已经演化为非活动区,30 a来表面高程下降(8.6±12.0)m.综合分析表明,冰川规模特别是积累区面积的大小及所处位置、地形对冰川演化具有重要影响.     

稻城古冰帽第四纪冰川地貌数字化研究

位于青藏高原东南部的稻城古冰帽,在第四纪时期曾发生了多次冰期并保存了丰富的古冰川遗迹,是研究第四纪冰川地貌类型特征的理想区域。目前,已有学者对冰川地貌类型划分和冰川地貌制图做了相关研究,但是古冰川地貌在空间分布特征及其量化程度有待于进一步细化。因此,本文基于Google Earth Pro遥感影像和数字高程模型(DEM),运用目视解译和野外考察相结合的方法对典型冰川地貌进行定量分析并绘制了稻城古冰帽(约3 600 km²)的第四纪冰川地貌图。本文识别了该区冰川地貌中的冰川湖、冰川谷、羊背岩和冰碛垄等四种类型,初步统计了约1 096个冰川湖、370条冰川谷、41个羊背岩及1 268列冰碛垄;空间分布上,冰川湖和羊背岩主要分布在海子山夷平面上,冰川谷以古冰帽边缘区发育为主,冰碛垄则主要形成于海子山夷平面上和东、西两侧的山谷里。本研究可为第四纪冰期规模估算、古气候重建提供基础数据,也为当地的旅游规划和自然资源调查提供一定的参考。     

冰川动力学模式模型进展及研究

冰冻圈是气候系统中的一个重要圈层, 其中冰川又是冰冻圈的重要组成部分, 冰川、 尤其是山地冰川的本构方程和建模一直是冰川动力学的核心任务。首先, 简要回顾冰川模型的研究和发展, 简要介绍了基于Navier-Stokes方程耦合温度场的三维冰川模型。然后, 介绍了冰川建模过程中的常用的静水压力近似、 一阶近似、 浅冰近似等的基本概念, 总结了冰川的动力数值模式建立的主要方法, 对于常用的GLIMMER冰盖模式的物理框架及其应用进行了介绍。最后, 针对目前的简化模型难以准确地描述山地冰川的物理过程及其变化的问题, 提出了一个基于全Navier-Stokes方程的山地冰川模型及其动力框架、 边界条件处理的设想。本文可为建立、 发展冰川及冰架模型, 尤其建立和发展山地冰川模型提供基础知识和参考。     

贡嘎山海螺沟冰川地质环境的基本特征

贡嘎山海螺沟为冰川地质作用的冰川谷,其中、下游河谷为古冰川谷,上游发育着现代冰川,它是横断山主峰贡嘎山地区冰川群中最宏大的一条冰川.自第四纪以来,强烈的冰川地质作用塑造了海螺沟流域特殊的山地与河谷地貌,因其距大城市较近,成为人们研究和观赏冰川奇观不可多得的地点.使之越来越受到中外游客的青睐.     

萨吾尔山木斯岛冰川厚度特征及冰储量估算

冰下地形与冰川体积的估算对冰川水资源研究具有重要意义.以萨吾尔山木斯岛冰川为研究对象,利用Landsat影像数据、探地雷达(ground penetrating radar,简称GPR)冰川厚度数据以及差分GPS数据,分析模拟了萨吾尔山木斯岛冰川横纵剖面的厚度分布特征,采用多种插值方法比较分析,得到木斯岛冰川冰舌区的厚度分布图,初步估算了该冰川的冰储量.结合数字高程模型数据及冰川厚度分布图,绘制了木斯岛冰川冰舌区冰床地形图.研究表明,两个横剖面的冰川槽谷形态存在较大的差异.横剖面B1-B2有典型的“U”型地形发育,冰川厚度可达116.4 m;C1-C2横剖面底部地形比较平缓,冰川厚度分布较均匀,平均在70~90 m.纵测线A1-A2冰下地形成阶梯状分布,纵剖面冰体平均厚度约为80.89 m,最大冰体厚度为122.67 m.木斯岛冰川的冰床地形图与该冰川的冰厚度等值线图形成明显对比.在海拔3 240 m和3 280 m处存在明显的冰斗地形地貌.初步估算木斯岛冰川冰舌区的平均厚度和冰储量分别为60.5 m和0.195 km3.与传统计算冰储量的方法相比,利用GPR测量得到的冰川厚度数据来插值计算冰储量的方法,具有更高的准确性.      

基于GF-1卫星遥感的冰川边界识别

高分一号（GF-1）卫星的成功发射开启了国产高分辨率对地观测的新时代, 为探讨国产高分卫星在冰川边界识别中的有效性, 在缺少短波红外和热红外波段的情况下, 将GF-1影像、 建立的波段比值Band1/Band4, 数字高程模型和坡度相结合, 采用面向对象的分析方法, 经过反复试验, 确定影像分割和合并尺度, 进而确定冰川边界的知识规则, 最终实现冰川边界的识别。以研究区第二次冰川编目数据集作为参考数据, 采用混淆矩阵的方法对识别结果进行验证, 总体精度和Kappa系数为90.05%和0.79。同时将识别结果与人工修订冰川边界进行对比, 可以发现除少量冰舌末端冰川外, 该方法可以有效地对冰川进行识别。建立的知识规则显示仅仅利用蓝色波段和DEM就可以有效地提取裸冰区, 波段比值、 坡度和纹理特征更有助于冰舌的提取。该研究表明GF-1卫星数据可以有效识别冰川范围, 为冰川研究提供可靠的数据和研究基础。