利用OICC-SBAS技术提取岗普冰川表面流速时空变化特征

本文利用Sentinel-2数据,通过光学影像互相关技术(OICC),并借鉴小基线集(SBAS)思路,提取并分析了岗普冰川2015—2022年时序表面运动速度及时空变化特征。结果表明：岗普冰川表面流速存在明显的空间差异性,流速高值主要集中在上游的物质积累区,该区域形变特征复杂,年最高流速为82.5 m/a;冰川主体流速整体波动较小,位于40～50 m/a之间;时间特征上,冰川在研究时段内流速较为稳定,年际之间流速相差不大;利用东西向和南北向偏移量获取的最终偏移方向,与冰川实际流动方向相符,选取的稳定区域的偏移量误差仅占冰川最大流速的0.04%～0.7%,证实了冰川时序表面流速结果的可靠性。     

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。     

双站InSAR和ICESat-2测高相结合的西昆仑山近20年冰川物质平衡变化监测

山地冰川物质平衡是研究冰川变化的重要参数。自21世纪初,全球气候变暖背景下大部分山地冰川消融加速,而青藏高原西昆仑山冰川却呈现稳定甚至冰量增加趋势,被认为是“喀喇昆仑异常”的中心,但该地区近年来冰量变化是否仍延续正平衡趋势还存在一些争论。因此,本文利用新近发布的ICESat-2卫星测高和TanDEM-X 90m DEM数据,定量估算了2013—2019年间西昆仑山冰川厚度变化和物质平衡,并结合SRTM DEM、冰流速资料和Landsat光学影像分别分析了该地区近20 a冰川物质平衡变化趋势、冰川跃动情况和冰川面积变化。结果表明：(1)2013—2019年间,西昆仑山大部分冰川仍处于积累或平衡状态,物质积累速率为0.228±0.055 m w.e./a;(2)近20 a内,冰川整体呈正平衡趋势,但2013—2019年冰川物质年均积累速率大于2000—2013年(0.173±0.014 m w.e./a);(3)2013年后,冰川跃动仍广泛分布,发现5Y641F0046冰川首次发生跃动,西昆仑冰川东支和5Y641F0073冰川近20 a内一直处于活跃期,中峰冰川由2013年前的活跃状态转为...     

基于ALOS PALSAR数据的山地冰川流速估算方法比较——以喀喇昆仑地区斯克洋坎力冰川为例

冰川表面流速是进行冰川动力学和物质平衡研究的关键参数之一。合成孔径雷达(SAR)影像作为能大范围提取山地冰川表面流速的重要数据源,利用其进行冰川流速估算目前主要有差分In SAR(D-In SAR)法、多孔径InSAR(MAI)法和SAR偏移量追踪(offset tracking)法3种。其中,MAI法是为了克服D-In SAR对雷达方位向(along-track)形变不敏感而发展的一种新的In SAR技术。以喀喇昆仑山中部地区的斯克洋坎力冰川为例,选取了2008年2景间隔46 d的L波段ALOS PALSAR数据,利用上述3种方法分别进行冰川流速提取实验,讨论了3种方法在山地冰川表面流速监测中的适用性和局限性。结果表明,D-In SAR和MAI方法都能够精确提取距离向和方位向的冰川流速信息,但对相干性均要求较高;在低相干区域,SAR偏移量追踪方法也能够获取更为可靠的方位向和距离向二维冰川流速的速度场,但该方法在冰川表面特征不明显的地区受到一定限制。     

藏东南然乌湖流域雅弄冰川流速季节性变化

冰川流速是表征冰川运动的重要参数之一,对于冰川动力学、气候变化以及物质平衡等研究具有重要意义。冰川流速的影响因素多样,其中气象因子主要是通过改变冰川物质平衡、活动性以及水力特征来对冰川运动产生影响,所以冰川流速也可能与气象因子一样具有季节性差异。基于2017-11-06—2020-11-02期间31景哨兵1号(Sentinel-1)雷达影像,采用外部数字高程模型(digital elevation model,DEM)辅助的偏移量追踪法对中国西藏自治区昌都市八宿县境内然乌湖流域的雅弄冰川进行了冰川表面流速提取,并结合研究区冰舌面积变化以及气象因子(平均气温、降水量、降雪日数以及平均日照数)对雅弄冰川流速季节性变化进行了分析。结果表明:雅弄冰川流速分布呈现中上部流速高而下部流速低的特点,且冰川中部主流线流速明显高于两侧速度。30组冰川流速变化具有明显的季节性,夏季流速高而冬春季流速低。与流速变化相同,冰舌面积变化同样具有季节性差异,冬季面积明显大于夏季面积。与气象影响因子对比分析发现,气温、降水以及日照均对冰川表面流速具有正效应,促进冰川运动,而降雪抑制了部分热量及辐射传递,进而抑制了冰川融水过程,减缓了冰川运动。在气象因子影响力上,气温对冰川运动的效应最明显,降雨次之,日照影响最小。     

基于SAR偏移量跟踪法提取岗纳楼冰川流速

冰川动态变化监测有助于反映全球和区域气候演变,保护自然环境和自然资源。近年来,基于SAR数据研究冰川运动已成为主流技术之一。基于SAR提取冰川流速主要包括合成孔径雷达干涉测量、多孔径雷达干涉和偏移量追踪法。本文采用SAR偏移量追踪法中的强度追踪法,提取青海省哈拉湖东北部岗纳楼冰川沿距离向、方位向的冰川流速。试验结果表明,距离向冰川运动速度提取效果较好,最大流速达15.36 m/a,流速从中轴向两侧递减,在冰舌末端趋于0;方位向提取的冰流速最大达18.27 m/a,但因电离层干扰,方位向流速图中存在一些方位向条纹。此外,由于冰流速在方位向分量小等因素的影响,本文研究提取的方位向流速精度低于距离向。     

山地冰川运动地基InSAR监测试验

利用IBIS-L地基InSAR系统,在新疆和静县备战铁矿附近的一处山地冰川进行了冰面流动速度连续观测。结果表明,该冰川平均表面流动速度为2.63mm/h,且在空间上呈现从冰川中上游向下游递增的趋势,但冰川末端的流动速度明显减缓。在观测时间内,冰川运动状态较为平稳,基本处于连续滑动状态。研究结果为揭示冰川基本性质及其动力学机制提供了重要的基础数据,初步验证了地基InSAR技术测量冰川表面流速的可行性及其广阔的应用前景。     

InSAR与激光雷达测高集成的马兰山冰川物质平衡变化

冰川物质平衡是反映冰川消融与积累关系的重要指标,也是联系冰川与气候变化的纽带,对于评估冰川动态变化具有十分重要的意义。马兰山冰川位于青藏高原北部,作为东昆仑山系中消融最为剧烈的冰川之一,为了评估其在全球气候变暖背景下的物质平衡变化,利用TerraSAR-X/TanDEM-X合成孔径雷达数据、ICESat-2激光雷达高度计数据、SRTM DEM数据,基于合成孔径雷达干涉测量和激光雷达测高技术对其2000年—2020年高程变化进行了研究,并估算了物质平衡。结果表明：近20年来,该区域41条冰川平均表面高程变化-5.64±0.96 m,物质平衡为-0.24±0.06 m·w·e/a,呈明显负平衡状态。其中,2000年—2012年冰川的消融速度（-0.30±0.04 m·w·e/a）要略快于2012年—2020年消融速度（-0.22±0.11 m·w·e/a）。结合GPCC（Global Precipitation Climatology Centre）降水与GHCN_CAMS（Global Historical Climatology Network）气温再分析数据集可知：自2000年以来,马兰山冰川整体受夏季气温升高影响,消融剧烈,年降水量微弱增加仅弥补了少部分由升温带来的物质亏损。此外,由于2012后气温增速变慢,夏季气温波动降低,导致了冰川在2012年—2020年间消融速度有所减缓。根据Landsat-7遥感影像发现,马兰山南坡存在一条跃动冰川,跃动发生于2007年—2012年间,冰川末端在此期间异常增厚并前进了约251 m。     

利用DInSAR的东南极极记录和达尔克冰川冰流速提取与分析

利用1996年ERS-1/2tandem SAR数据,采用DInSAR方法提取了极记录和达尔克冰川的冰流速,并利用冰流速转换模型和该地区的实测值进行了对比。结果表明,DInSAR结果很好地体现了整个区域的冰流速。对于内陆地区,DInSAR提取的监测点冰流速和实测值非常吻合;对于达尔克冰川的前缘,受时间差异和潮汐等因素的影响,DInSAR推求的冰流速结果略小于实测值。     

基于SIA理论的冰川储量计算

本文以抗物热冰川、古仁河口冰川、乌鲁木齐河源1号冰川和东绒布冰川为例,基于SIA理论和数字高程模型(DEM)数据及冰川矢量数据,计算各条冰川主流线的平均厚度值,并利用内插方法得到各条冰川的冰储量。结果表明:①抗物热冰川、古仁河口冰川、乌鲁木齐河源1号冰川和东绒布冰川的储量分别为0.022、0.026、0.024和1.450 km³。②经与传统冰储量计算经验公式、探地雷达(GPR)实测数据计算的冰储量结果相比,基于SIA模型得到的冰储量结果均较小,这与数字高程模型数据精度及断面划分有一定相关性。     

泸定Ms 6.8地震对海螺沟冰川的影响应急分析

2022-09-05四川省甘孜州泸定县发生Ms 6.8地震,震中距离海螺沟冰川约10 km,海螺沟冰川受此次地震影响如何,受到社会广泛关切。利用多时相Landsat 8和Sentinel-2光学卫星影像,基于归一化雪覆盖指数对海螺沟冰川面积进行监测,并利用Sentinel-1雷达卫星影像,基于像素偏移追踪技术对海螺沟地震前和震中位移进行监测。结果表明,2016―2022年海螺沟冰川8月份面积呈波动变化趋势,与日平均最高气温具有负相关性,冰川运动速度与地形坡度和日平均最高气温具有正相关性。泸定地震未造成海螺沟冰川运动速度大范围显著增大,但对冰瀑布前缘区域扰动明显。震后冰崩直接致灾可能性较小,但增加了泥石流致灾风险。     

3D Surface velocity retrieval of mountain glacier using an offset tracking technique applied to ascending and descending SAR constellation data: a case study of the Yiga Glacier

COSMO-SkyMed is a constellation of four X-band high-resolution radar satellites with a minimum revisit period of 12 hours. These satellites can obtain ascending and descending synthetic aperture radar (SAR) images with very similar periods for use in the three-dimensional (3D) inversion of glacier velocities. In this paper, based on ascending and descending COSMO-SkyMed data acquired at nearly the same time, the surface velocity of the Yiga Glacier, located in the Jiali County, Tibet, China, is estimated in four directions using an offset tracking technique during the periods of 16 January to 3 February 2017 and 1 February to 19 February 2017. Through the geometrical relationships between the measurements and the SAR images, the least square method is used to retrieve the 3D components of the glacier surface velocity in the eastward, northward and upward directions. The results show that applying the offset tracking technique to COSMO-SkyMed images can be used to derive the true 3D velocity of a glacier’s surface. During the two periods, the Yiga Glacier had a stable velocity, and the maximum surface velocity, 2.4?m/d, was observed in the middle portion of the glacier, which corresponds to the location of the steepest slope.     

利用车载双天线InSAR系统监测公路边坡形变

星载差分合成孔径雷达干涉测量(differential interferometric synthetic aperture radar,DInSAR)技术已经广泛应用于大范围的地表形变监测,但星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据获取的地表形变易受大气噪声的影响,且长时间的重访周期会导致像对之间的失相干。为了有效减弱这些影响,提出了利用零空间基线的车载合成孔径雷达干涉测量(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)系统监测公路边坡形变的方法。在车载双天线系统采集不同时相的公路边坡SAR数据时,通过轨道控制使得异时相干涉对的空间基线接近零,从而使得利用DInSAR数据进行形变信息提取时可以减少去平地相位的过程,极大地简化了差分干涉处理的流程。以中国湖北省武汉市某区域获取的车载双天线InSAR数据为例,使用所提出的方法对7个布设的角反射器点进行形变精度分析,得到形变值均方根误差为2.206 mm。     

咸海面积萎缩对区域地表温度的影响

水体对区域气候调节起着极其重要的作用,近几十年间咸海的水位剧烈下降和湖泊面积不断萎缩,势必会对咸海地区的气候产生重要影响,分析咸海地区地表温度的变化对于研究水体与其周边地区地表温度的关系具有重要意义。利用咸海地区中分辨率成像光谱仪（moderate resolution imaging spectroradiometer,MODIS）地表温度产品MOD11A2,基于空间分析法研究咸海面积变化对区域地表温度的影响和作用。结果表明:（1）相比于咸海表面温度,研究区内分别有93%和69%的研究区域日间和夜间地表温度均有上升的变化趋势;（2）咸海对区域地表温度直接影响范围大致在沿湖边界30 km的范围内;（3）随着咸海面积的快速萎缩,各土地覆盖类型区域与咸海的地表温差均呈现上升的变化趋势,咸海的区域温度调节功能逐渐减弱。     

综合遥感解译2022年Mw 6.7青海门源地震地表破裂带

2022-01-08中国青海省门源县发生Mw 6.7地震,直接导致兰新高铁受损停运,引起了国内外的高度关注。为了评估交通网的受损情况,提出一种综合光学遥感影像、合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR）影像、无人机影像和激光雷达（light detection and ranging, LiDAR）数据解译地震地表破裂带的技术框架。针对此次门源事件,首先,获取高分1号（GF-1）、高分7号（GF-7）、Sentinel-2光学遥感影像和Sentinel-1A SAR影像,根据GF-1和GF-7光学遥感影像确定地表破裂带的空间分布特征,并利用光学像素偏移量技术估计东西向和南北方向二维地表形变场;其次,利用SAR像素偏移量技术获取距离向和方位向地表形变场, 同时利用差分干涉技术获取雷达视线向的地表形变(即距离向);然后,采用运动结构恢复技术处理无人机影像获取高精度的数字地表模型;最后,综合利用上述信息精确确定地震地表破裂的空间分布和地表形变特征。结果表明,此次地震东西向最大形变量约为2.0 m,距离向最大形变量约为1.5 m,该破裂带总长约为36.22 km。结合门源地区公路交通网,基于机器学习方法支持向量机模型对历史地质灾害点的分布以及地表破裂带进行分析,发现此次地震对高速公路带来的影响最大,对乡道的影响最小;交通干线G0611和G338东南段具有很高的灾害风险。所提技术框架可精密地解译地表破裂,在地震减灾中直接发挥作用。     

Estimating surface ice velocity on Chhota Shigri glacier from satellite data using Particle Image Velocimetry (PIV) technique

Information about the surface ice velocity is one of the important parameters for Mass balance and Glacier dynamics. This study estimates the surface ice velocity of Chhota Shigri glacier using Landsat (TM/ETM+) and ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) temporal data-sets from a period of 2009 to 2016 and 2006 to 2007, respectively. A correlation based Particle Image Velocimetry (PIV) technique has been used for the estimation of surface ice velocity. This technique uses multiple window sizes in the same data-set. Four window sizes (low, medium, high, very high) are used for each image pair. Estimated results have been compared with the published data. The outcomes attained from the medium window size closely matches with the published results. The estimated mean surface ice velocities of medium window size are 24 and 28.5 myr^?1 for 2009/2010 and 2006/2007 images pair. Highest velocity is observed in middle part of the glacier while lowest in the accumulation zone of the glacier.     

Glacier surface velocity estimation using SAR interferometry technique applying ascending and descending passes in Himalayas

In this study ascending and descending passes interferometric synthetic aperture radar (InSAR) techniques are used for glacier surface velocity estimation in the Himalaya. Single-track interferometric measurements are sensitive to only a single component of the three dimensional (3-D) velocity vectors. European Remote Sensing satellites (ERS-1/2) tandem mission data in ascending and descending tracks provide an opportunity to resolve the three velocity components under the assumption that glacier flow is parallel to its surface. Using the surface slope as an essential input in this technique the velocity pattern of Siachen glacier in Himalaya has been modelled. Glaciers in the Himalayan region maintain excellent coherence of SAR return signals in one-day temporal difference. As a result we could obtain spatially continuous surface velocity field with a precision of fraction of radar wavelength. The results covering the main course of glacier are analysed in terms of spatial and temporal variations. A maximum velocity of 43 cm/day has been observed in the upper middle portion of the glacier. This technique has been found accurate for monitoring the flow rates in this region, suggesting that routine monitoring of diurnal movement Himalayan glaciers would be immensely useful in the present day context of climate change.     

利用InSAR分析陕西省垂直形变

从2018—2019年欧空局Sentinel-1免费数据中获取陕西省全域垂直形变面状信息,并将其与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）以及水准点、线垂直形变信息进行对比分析,进一步验证合成孔径雷达干涉测量（interferometric synthetic aperture radar,InSAR）数据反映局部形变的有效性。垂直形变监测结果表明：在陕北榆林、神木地区,地下资源开采诱发的地表沉陷分布广泛、特征明显,地表沉陷速度达60 mm/a;在煤炭产区长武、彬县也出现不同程度的开采沉陷灾害,沉降速度达30 mm/a;西安市、渭南市等关中平原地区由于地下水开采出现不均匀沉降,其中,西安市的局部沉降最为严重,最大沉降速度达60 mm/a;InSAR与GNSS、水准获取的垂直运动趋势在全省范围总体上一致,但由于GNSS监测点、水准监测点一般布测在较稳定区域,其获取的沉降范围、沉降速度与InSAR沉降结果有一定差异。     

2022年汤加火山喷发对中国大陆地应变观测的影响分析

2022年1月15日汤加火山剧烈喷发产生了波及全球的大气重力波,距离火山8 736~12 758 km的中国大陆所有地应变观测站清晰记录到由此产生的短时地表应变变化。应用小波分析方法系统分析了中国近200个地应变观测站记录数据的时空响应与频率特征,主要表现为:由大气重力波激发的短时地表应变变化的持续时间约为1.5 h,其中能量最强的变化集中在前40 min,面应变平均变幅约为186×10-10,呈现出单脉冲起伏状变化,形态具有很强的一致性,具备兰姆波传播属性;短时地表应变变化的平均传播速度约为310 m/s,与大气重力波传播速度基本一致。部分观测站还记录到绕地球一圈后再次到达的大气重力波对地表的作用。这是首次通过大范围布设的高精度地应变观测仪记录到大气重力波作用于地表的痕迹,有助于认识地壳运动和大气圈层相互影响的机制。