利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据监测南极接地线回退状况

南极接地线位置的准确确定对南极物质平衡计算、冰川动力学等具有重要意义。本文阐述了双差干涉测量（DDInSAR）提取接地线的基本原理，并利用欧空局Sentinel-1A/1B雷达卫星数据，基于双差干涉测量技术分别提取了东南极毛德皇后地沿岸冰架与西南极阿蒙森湾西侧Dotson冰架的接地线，将提取结果与已有接地线产品MEa-SUREs进行对比分析。结果表明，利用Sentinel-1A/1B雷达卫星数据，基于DDInSAR方法可对南极接地线进行提取及更新，并可对接地线的回退状况进行持续监测。通过监测，发现在Dotson冰架区域，接地线发生了较大的回退，1996—2018年的22年间，该区域的接地线大约回退2~5 km，其中最大回退距离达7.4 km。     

利用GRACE数据反演南极地区冰盖质量变化

采用CSR(Center for Space Research)公布的RL05版本的2002-07-2015-04近13年的GRACE卫星月重力数据,计算分析了南极冰盖质量变化趋势。通过比较300km的高斯平滑滤波、扇形滤波以及去条带扇形滤波算法对于去条带噪声的效果,确定去条带扇形滤波算法效果更好。分析对比了Geruo13、IJ05_R2、W12a这3种GIA模型对南极冰盖质量变化的影响,发现不同GIA模型计算的南极冰盖质量变化差异明显,尤其在坎普冰流、龙尼冰架和东南极等区域差别较大。本文分3个时间段反演计算了南极冰盖质量变化,结果显示,不同时间段质量变化存在很大差异,且南极冰盖质量变化呈现非常明显的地区不平衡性,主要体现在西南极、南极半岛、恩德比地、龙尼冰架和毛德皇后地等区域。     

东南极历史冰流速过估改正

南极冰盖表面冰流速是准确估算冰盖物质平衡和预测全球海平面变化的关键参数之一。针对冰流速提取中存在的流速过估现象,采用东南极20世纪60-80年代历史冰流速重建数据集,分析了整个东南极冰盖及不同海洋扇区、冰架/冰川过估改正量的空间分布规律。统计结果表明,东南极过估改正量的平均值约为28 m/a;在接地区和冰架前缘附近,过估改正量峰值高于其他区域,其中接地区最大过估改正量超过300 m/a。在海域尺度上,东印度洋海域在接地区和冰架区冰流速过估的现象较其余海域更加明显,其冰架区的平均过估改正量约为62 m/a;在冰架/冰川尺度上,Shirase冰川、Holmes冰川、Ninnis冰川、Publications冰架以及Totten冰川的平均改正量均超过50 m/a,高于整个东南极改正量的平均值。结合过估改正量与历史冰流速提取结果,证明改正量的分布在一定程度上符合冰流空间加速的规律。流速改正已应用于东南极20世纪60-80年代历史冰流速产品,对研究冰架稳定性、进一步研究全球变暖影响下的南极冰盖动态稳定具有重要意义。     

2005年—2016年南极冰盖物质平衡精细评估

在全球变暖背景下，精细评估南极冰盖物质平衡可以深入探索南极冰盖变化对海平面上升的影响。基于最新的多源遥感冰盖产品，本文改进了通量法（IOM）在触地线处冰通量的评估方法，并逐年逐流域评估了2005年—2016年南极冰盖物质平衡及变化，探讨了其变化的动力学和气候学原因。本文实现了触地线处冰通量的精细评估，与国际同期结果比较此方法结果更合理；同时，对比结果显示细微的数据差异和方法差异会造成IOM法物质平衡估算结果的明显差异。2005年—2016年期间，南极年冰盖物质平衡基本处于物质流失状态，年均物质损耗量为109.1±34.9 Gt/a，年际间波动为±84.1 Gt/a。南极冰盖物质损耗由西南极主导，占总物质损耗量的65.1%；东南极整体处于正平衡状态，但威尔克斯地流域存在明显的物质损耗；南极半岛地区在零平衡状态下波动；岛屿冰通量首次被单独评估，处于负物质平衡状态。冰盖物质平衡变化从整体来看是由表面物质平衡主导的，受年际变化的气候学因素影响；从小尺度范围来看，冰架变薄、冰川崩解导致的触地线处冰通量的动力学变化影响了部分物质损耗严重区域的物质平衡变化，使其在崩解事件发生的年份流失的冰物质量增加...     

哨兵1号影像在南极触地线提取中的应用与分析

冰川触地线是内陆冰盖和漂浮冰架的分界线,其位置的准确界定对南极冰川物质平衡计算、冰川动力学建模、冰川变化和海平面变化研究具有重要意义。本文针对Sentinel-1A/B雷达影像数据在南极触地线大规模提取中的应用,基于2020年Sentinel-1A/B雷达影像数据,采用DDInSAR方法对南极触地线进行了大范围的提取,提取触地线约23 472 km,结合MEaSURE＿GL、MOA＿GL2009、MEaSUREs冰流速等数据对触地线提取结果进行综合分析。结果表明：利用DDInSAR方法和Sentinel-1A/B雷达影像数据可以实现对南极触地线长期、高效且较全面的提取,南极不同地区的触地线具有不同的变化特征,存在稳定、回退、前进、消失和冰升等多种变化现象。南极半岛和西南极可以完全应用6 d的Sentinel-1A/B雷达影像数据提取触地线,东南极大部分区域只能应用12 d的Sentinel-1A/B雷达影像数据提取触地线。潮汐运动的强弱影响触地线的提取质量,在西南极的强潮汐区域触地线提取质量较高,在东南极冰盖周围的弱潮汐区域触地线提取质量较差或者结果空缺。南极触地线的提取受冰流速影响较...     

松花江流域(哈尔滨段)景观格局及脆弱性变化分析

以松花江流域(哈尔滨段)为研究区域,对研究区域进行2005、2010和2015年3期景观类型提取,统计研究区域各期景观类型面积,通过景观格局脆弱性指数模型计算研究区域3期整体景观格局脆弱性,分析研究区域各种景观类型及景观脆弱性随时间的变化特征。结果表明:1) 2005—2015年,研究区域耕地、未利用地面积呈现逐渐减少态势,建设用地、林地、草地面积呈现逐渐增多态势,水域景观呈现先增加后减少的变化。2) 2005—2010年,耕地景观面积转出最多,转出2.96%,建设用地景观面积转入最多,转入1.57%; 2010—2015年,仍然是耕地景观面积转出最多,转出1.20%,林地景观面积转入最多,转入0.99%。3) 2005—2015年,研究区域3期整体景观格局脆弱性分别为2.087 4、2.205 0和2.104 5,呈现先增加后减小的变化。     

利用卫星重力探测南极冰盖质量变化

针对不同GIA模型在南极地区的改正差异较大,分析了采用不同GIA模型分析得到的南极冰盖融化误差值,研究了南极冰盖质量变化加速度。研究结果表明,扣除IJ05模型影响后,整个南极冰盖质量以(-81.5±4.2)Gt/a的速度和(-12.3±6.5)Gt/a2的加速度融化,对海平面上升贡献分别为(0.23±0.01)mm/a和(0.03±0.02)mm/a2。西南极处于加速融化状态,速度由2003—2008年间的-37.7Gt/a增加至2009—2013年的-156.0Gt/a。东南极冰盖在2009年前处于稳定,2009年后逐渐积累,且积累速度不断增加。2003-2013期间内东南极,西南极冰盖质量变化速度及加速度分别为(28±13.4)Gt/a、(9.8±2.8)Gt/a2、-(108.1±3.5)Gt/a和-(21.1±2.9)Gt/a2,南极冰盖融化主要来自西南极。南极冰盖周年变化影响较强,每年10月左右其质量变化振幅达到最大,半周年变化影响最大在西南极,S2潮波振幅在Ronne冰架附近较大,振幅最大值达到25mm。     

基于GEE的干旱区流域湿地水体时空动态变化特征分析——以宁夏平原为例

黄河流域生态保护和高质量发展已成为国家重大战略,宁夏平原为黄河流域具有代表性的典型湿地区域。本文基于谷歌地球引擎平台(GEE)对宁夏平原1984—2020年湿地水体的历史覆盖、面积变化、类型转变及季节性演变等动态信息进行分析与评价。结果表明：(1) 1984—2020年宁夏平原湿地水体历史覆盖面积为1 373.86 km²,占研究区面积的8.1%,全时段覆盖水体面积为116.46 km²;(2) 1984—1999年至2000—2020年宁夏平原地表水体面积共计增加482.99 km²,总体面积变化率为45.6%;(3)研究区新增永久性水体明显,过去37年新增永久性水体218.89 km²,同时季节性水体面积变化幅度较大;(4) 2020年,全年覆盖水体占比为39.45%,而1—6月覆盖时间的水体面积占比超过50%。本文成果可为环境保护和黄河流域高质量发展提供数据支撑。     

2000—2016年高台县绿洲变化动态遥感监测与分析

以2000—2016年的14期LandsatTM/OLI影像作为数据源,提取了高台县的绿洲分布范围,使用整体绿洲动态变化和局部绿洲变化分析该绿洲的时空格局,并进行对比分析.结果表明:近16 a高台县绿洲面积主要以扩张为主.其中2000—2005年绿洲面积增加了25.113 km2;绿洲扩张最迅速的时期是2005—2010年间,面积增加了107.837 km2;2010—2016年间绿洲增长缓慢,面积只增加了11.733 km2.稳定绿洲主要分布在黑河沿岸以及各乡镇居民区周围,绿洲的扩张区域主要分布在骆驼城乡、南华镇和盐池乡,而绿洲的频繁波动区域则分布较为零散.     

综合137Cs，RS和GIS的土壤侵蚀评估和预测——以云南小江流域为例

综合应用137Cs技术、RS技术和GIS技术,进行云南小江流域土壤侵蚀的评估和预测研究,探索中国西部山区观测资料缺乏、USLE(Universal Soil Loss Equation)方程不适宜区域土壤侵蚀评估与预测方法。通过137Cs技术,采用非农耕地与农耕地土壤侵蚀模型确定区内林地、灌丛、草地、坡耕地和裸地的年均侵蚀模数分别为356—1531 t/(km2·a),330—1709 t/(km2·a),886—3885 t/(km2·a),5197—12454 t/(km2·a)和15000 t/(km2·a)以上。解译小江流域1987年(Landsat TM)、1995年(Landsat TM)和2005年(Landsat ETM)遥感影像,获得流域不同时期土地利用图,将其与1∶50000 DEM模型进行叠置分析,建立小江流域土地利用的空间分布图,结合利用137Cs确定的土壤侵蚀速率数据,进行土壤侵蚀分区与制图,分析土壤侵蚀的时空变化。结果表明:1987年—2005年流域轻度以上侵蚀面积占总面积的66.0%—67.3%,变化不大,但侵蚀强度明显加剧,1987年—1995年间尤为明显;中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀区面积分别增加30%、23%和26%;小江流域1987年、1995年和2005年土壤侵蚀量分别为7.51×106t/a,8.19×106t/a和8.18×106t/a。进而选用1995年和2005年的土壤侵蚀数据构建Markov-CA(马尔可夫—元胞自动机)预测模型,获得2015年流域土壤侵蚀分区图,并预测2015年土壤侵蚀量为8.17×106t,与2005年侵蚀量接近。研究结果真实地反映了小江流域土壤侵蚀的变化过程与主要驱动因子,研究方法适合中国西部山区土壤侵蚀评估与预测。     

南极生态环境分类及其脆弱性分析

迄今,尚无关于南极大陆环境分类的论述,本文依据多年对南极东西部不同类型生态环境的连续调研,对南极大陆冰盖、冰架、海洋、湖泊、沿岸带,以及陆地等不同类型生态环境的结构特征进行比较,并就其脆弱性因子进行分析,提出了有针对性的环境保护建议和措施,以利于南极考察站和辐射环境生态的科学管理。     

Elevation change around Dome A region of Antarctica from EnviSat satellite radar altimetry during 2002–2012

The expected responses of ice sheets to climate warming are growth in the thickness of the inland ice areas and thinning near the margins. In recent decades, researchers have identified glacier acceleration along Antarctic ice sheet coastal margins. However, the study of ice sheet interiors where seasonal accumulation eventually balances ice wastage at the lower elevation is poorly understood. In this paper, the ice sheet elevation change around Dome A region is analyzed from 2002 to 2012 using two million elevation change measurements from EnviSat satellite radar altimeter data covering an area of about 7000 km². A declining trend of 0.572 ± 1.31 mm/year which means that the Dome A region was in balance during the last decade can be captured. In addition, two obvious changes in accumulation which divide elevation change time series into three independent equilibration stages are also extracted. In order to explain this phenomenon, two speculations related to snowfall and firn compaction are proposed in this paper.     

联合CryoSat-2测高数据和地面高程数据建立东南极拉斯曼丘陵地区DEM

拉斯曼丘陵地区位于东南极伊丽莎白公主地,中国南极中山站位于拉斯曼丘陵的东部,是中国南极科学考察的重要地区。数字高程模型（DEM）是南极冰盖变化研究的基础,卫星测高数据是南极地区构建DEM的主要数据来源。CryoSat-2是新一代用于极地冰盖和海冰监测的测高卫星,联合2013年和2014年南极冬季的CryoSat-2测高数据以及中国、澳大利亚、印度三个国家现场测量的60余个地面高程数据,利用克里金插值方法建立了拉斯曼丘陵地区200 m分辨率的DEM（简称LA-DEM）。利用未参与插值的地面高程数据对新建立的LA-DEM进行了验证,并与Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及BEDMAP 2等四种国际上常用的南极DEM进行比较,结果表明LA-DEM的高程精度约为19.7 m,优于其他4种南极DEM。     

ENVISAT ASAR重轨INSAR用于东南极冰盖格罗夫山角峰地区冰流探测的初步结果

由于可以探测到视线向的微小形变量，重复轨道雷达干涉测量（INSAR）成为探测极地冰流的有效手段。基于ERS-1／2SAR影像的INSAR已经成功获取了南北极许多地区的冰流信息。采用最新的ENVISAT ASAR影像，利用干涉方法获得了东南极内陆格罗夫山地区的首幅ASAR干涉条纹图（其中包括地形信息和冰流信息）。其与利用该地区1996年ERS-1和JERS-1数据所获得的干涉条纹进行对比表明，在格罗夫山角峰群内分布有两个冰流子系统，且状态较为稳定，ENVISAT ASAR数据在冰盖干涉测量方面具有良好的性能和应用潜力。     

利用SAR数据研究南极Grove山地区冰流运动特征

Grove山地区是我国南极PANDA断面考察的重点研究区域之一。本文利用35 d时间间隔的Envisat ASAR数据,分别采用DInSAR、偏移量跟踪以及两者相结合的方法提取了该区域冰面流速信息,描述了该区域复杂的冰流运动特征,并对Grove山核心区的冰流运动特征进行分析。利用GPS实测数据和MEaSUREs流速进行精度分析,说明了结果的可靠性,并利用2006、2007和2009年三期南极冬季SAR数据提取了Grove山地区冰流速,发现该区域冰流速无明显年际变化。     

Strategies for High Precision Processing of GPS Measurements with Application to the Amery Ice Shelf,East Antarctica

A number of statistic Global Positioning System (GPS) measurement campaigns have been made on a floating Antarctic ice shelf, the Amery Ice Shelf, as part of ongoing glaciological studies designed to investigate the ice shelf dynamics, grounding zone definition, and ice shelf strain. Such studies ar fundamental to improving out knowledge of the Antarctic ice-sheet mass balance and dynamical models of ice sheet/ocean interaction. This article describes two techniques used to process the statistic GPS data. One approach uses a segmented version of the classical static methodology, and the other approach adopts a new sequential processing technique. Both approaches yield similar results for the station coordinates and demonstrate the potential of GPS for extracting the tidal signal on the ice shelves and giving information on the dynamical motion of the ice sheet. To verify our results for the vertical component, we compare the ice shelf GPS tidal signal with a tidal model derived from tide gauge measurements at nearby Beaver Lake. Comparison of the GPS results with the tide model give good agreement in amplitude at the few cm level (GPS results always larger) but clearly shows evidence of phase propagation of the ocean tidal wave under the ice shelf. Improving the resolution of the tides over the ice shelves will be of tremendous benefit for future satellite missions, such as Ice, Cloud and Land Elevation Satellite (ICESAT), and the integrated use of GPS and satellite data will be fundamental for any on-going Antarctic ice sheet mass balance studies. ? 2000 John Wiley & Sons, Inc.     

2002年——2011年北极海冰时空变化分析

基于2002年-2011年AMSR-E海冰密集度数据, 分析了北极海冰的时空变化特征及其原因。结果表明海冰外缘线面积每年减小8.28×10⁴ km², 下降趋势最快的季节为夏季, 下降速度是1979年-2006年的两倍多, 而且海冰密集度也在降低。2003年、2004年的冰情相对较重, 2007年海冰面积最小。长期冰在2002年-2010年间减少了近30%, 减少的区域主要在波弗特海、楚科奇海、东西伯利亚海、拉普贴夫海、喀拉海以及由这些边缘海向北极方向延伸的北冰洋的广大区域, 长期冰减少的地方大部分为季节性海冰增加的地方。海冰面积与年平均气温之间有显著的负相关关系, 随着全球气候变暖的加剧, 这种减小趋势将会持续。     

Recent Retreat of Wilkins Ice Shelf Reveals New Insights in Ice Shelf Breakup Mechanisms

The disintegration of various ice shelves on the Antarctic Peninsula has demonstrated their vulnerability and impacts on tributary glaciers. A satellite image of Wilkins Ice Shelf (WIS) from July of 2007 reveals the formation of a large new double fracture, accompanied by numerous small fractures. We show that bending stresses induced by buoyancy forces were responsible for fracture formation. On February 28-29, 2008, an area of about 425 km² broke up at a narrow connection of the WIS to one of its confining islands. In contrast to Larsen B Ice Shelf, melt ponds that drain into crevasses played no role in this breakup process. A further breakup of 160 km² in the same area occurred on May 30-31, 2008 and documented that breakup can occur during austral winter. Radar images reveal a frozen surface, which demonstrates that in this breakup, surface melt water did not play a role. We conclude that ice shelves with strong thickness contrasts carry potential for disintegration. The fact that the WIS experienced two breakup events under two widely contrasting surface conditions (one during the melt season and one during winter) reveals that there may be several reasons for the disintegration of ice shelves that operate under differing circumstances.     

一种利用哨兵1号数据提取南极接地线方法

针对因IW工作模式数据在南极地区覆盖不全面导致对南极接地线的全面提取造成影响的问题,提出利用双差干涉测量提取接地线的基本原理,分别利用工作模式为IW和EW的Sentinel-1雷达卫星数据,对东南极毛德皇后地沿岸冰川接地线进行提取,将提取结果分别与MEa-SUREs接地线产品进行对比,同时再将这两种模式下的提取结果进行对比分析。结果表明,双差干涉测量可以去除冰流相位的影响,使用EW工作模式的Sentinel-1数据进行南极接地线提取可以忽略其地面分辨率较低这一缺陷,同时,这一模式的Sentinel-1数据在幅宽、南极覆盖范围等方面更具优势。因此,综合利用IW和EW工作模式的Sentinel-1数据,对南极接地线的全面、高效、长期动态监测具有重要意义。