利用新型C波段雷达卫星研究南伊内里切克冰川运动特征

利用新型C波段Sentinel-1卫星获取的2015年2月至2017年2月期间的影像数据，研究分析了天山中部南伊内里切克冰川不同时段的运动特征。利用偏移量追踪技术计算不同时间段冰川位移，首先采用三步配准的方法进行主辅影像高精度整体配准，然后基于归一化互相关（normalized cross correlation，NCC）算法通过调整窗口参数精确估算局部偏移量，进一步分离得到冰川移动信息。监测结果表明:（1）在空间分布上，狭长的冰舌区是冰川主要的高速流动区域，冰舌区底部流速小于上部，两侧流速小于中间，末端流速明显减缓。（2）在季节变化上，冰川运动速率与温度变化趋势一致，在5月至8月期间运动速率最快，沿剖面线的最高速率达49 cm/d；在11月至次年2月期间运动最为缓慢，速率为25~30 cm/d左右。（3）在年度变化上，2015年夏季的运动速率比2016年整体高约1~3 cm/d，其他季节则没有明显差异。与高分辨率L波段PALSAR-2影像的监测结果进行定量对比分析时，将冰舌区的像元进行抽稀后统计，得到两种数据获取的运动速率之差的均值为3.48 cm/d，标准差为±3.78 cm/d，证实了南伊内里切克冰川运动监测结果的可靠性。     

高分一号山地冰川运动速度提取与分析

近年来国产遥感卫星数据增多,但在山地冰川运动速度监测研究中,国产卫星遥感数据的使用却很少。基于此现状,本研究利用"高分一号"卫星数据(GF-1)对藏东南雅弄冰川运动速度进行了提取。通过与同分辨率、同时段的Landsat 8数据进行对比,以及利用非冰川稳定区域的残余位移和冰川主冰流线剖面运动速度两方面,评估了GF-1数据提取的冰川运动速度的精度。结果表明:GF-1数据在非冰川稳定区域的平均偏移量为7.48 m·a~(-1),虽较Landsat 8数据的高(平均偏移量4.58 m·a~(-1)),但小于冰川平均运动速度的5%;GF-1数据与Landsat 8数据在2015年—2016年时段内的冰川主冰流线运动速度变化趋势一致,两者的偏差均方根为7.41 m,小于冰川平均运动速度的5%。研究结果证明了国产高分一号卫星遥感数据在青藏高原山地冰川运动速度监测应用中的可行性。     

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。     

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。     

岗纳楼冰川表面流速时空变化特征提取及分析

冰川表面流速是反映冰川动态变化的重要指标,能够为冰川物质平衡提供重要信息.利用2016年的13景Sentinel-1A影像和合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)偏移量追踪法测定岗纳楼冰川表面流速场,并根据地表温度是否大于0℃将其分为冰封期(10月—次年3月)和消融期(4月—9月).其...     

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...     

利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动

冰川运动是冰川及冰川湖危险性评估的重要依据。高分三号作为中国首颗民用星载合成孔径雷达卫星,因其全天时、全天候以及高空间分辨率的特点在冰川运动监测中有着重要优势。利用5景精细条带2成像模式的高分三号影像,应用偏移量跟踪技术监测了念青唐古拉山依嘎冰川在2017-11—2018-03期间4个时段的运动分布情况。通过与高分三号影像时间分布类似的两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果进行对比,并基于研究区基岩运动速度应为0的假设,计算了高分三号各个时段结果基岩区的速度残差,评估了高分三号影像在冰川表面运动监测中的适用性。高分三号监测结果表明, 4个时段依嘎冰川表面具有相似的流速分布,其表面速度最大处均分布在冰川表面高程变化最剧烈的中部,且与基于两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果在总体强弱态势上吻合;各个时段高分三号监测结果基岩区速度残差的均方根误差分别为1.4 cm/d、2.0cm/d、1.7 cm/d、2.3 cm/d,验证了利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动的可靠性。以上分析结果表明,高分三号影像可作为冰川表面运动监测的常规数据来源之一。由于高分三号同时具有高空间分辨率和高性价比的特点,因此它能为中国冰川遥感监测发挥独特作用。     

TerraSAR-X卫星影像中大比例尺测图应用研究

为了研究TerraSAR-X卫星的中大比例尺测图可行性,文章利用成都都江堰市3m、1m分辨率的TerraSAR-X影像、控制点及可见光卫星影像,对TerraSAR-X影像在多云多雨地区的中、大比例尺测图展开了研究和分析。实验表明利用TerraSAR-X影像能够符合中大比例尺基础地图测图或修测的精度要求,可用于困难地区1∶50 000~1∶10 000比例尺的基础测图生产和更新。     

海岸线遥感解译和提取方法研究

用美国陆地卫星Landsat8影像和0.3 m高分辨率航拍影像结合大量的数据资料和丰富的先验经验,分析不同类型海岸在遥感影像中的表现特征,建立遥感解译标志,基于不同海岸类型提出计算机和人工解译相结合的遥感提取方法,提取结果与GPS野外实测岸线数据对比分析,提取效果较好,满足精度要求。     

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。     

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.     

High Resolution TerraSAR-X Image Speckle Suppression and its Fusion with Multispectral IRS LISS –III Data for Himalayan Glacier Feature Extraction

In this study an attempt is made for studying the Himalayan glacier features using TerraSAR-X and Indian Remote Sensing Satellite, Linear Imaging Self Scanning System III (IRS LISS –III) images. New generation, synthetic aperture radar (SAR) data from TerraSAR-X (TS-X) sensor provide opportunity for glacier feature studies in Himalayan rugged terrain. Spot Light High resolution mode TS-X data give idea about glacial features which remained untraceable from other existing SAR system. However, presence of speckle noise in SAR images degrades the interpretability of the glacier features. Speckle suppression filters (Lee, Frost, Enhanced Lee, Gamma-Map) are applied on SAR intensity images. On the basis of field sight seeing and insitu observations it is observed that still features are not clear. Hence attempt has been made for fusing multitemporal multispatial speckle reduced TS-X SAR data and multispectral IRS LISS-III data for extracting the glacial features such as crevasses, exposed ice and superaglacier lakes. Principal component analysis (PCA) represents the high spectral resolution data in a linear subspace with minimum information loss. Herein, PCA based image fusion technique is adopted for this study and comparison is made between IHS fusion technique and PCA based technique for glacier studies in the Himalayan region.     

融合高时空分辨率数据估算植被净初级生产力

植被净初级生产力NPP(Net Primary Production)遥感估算与分析,有赖于高时空分辨率的遥感数据,但目前中高分辨率的遥感数据受卫星回访周期及天气的影响,在中国南方地区难以获取连续时间序列的数据,从而影响了高精度的区域植被净初级生产力的遥感估算。为此,提出一种基于多源遥感数据时空融合技术与CASA模型估算高时空分辨率NPP的方法。首先,利用多源遥感数据,即Landsat8 OLI数据与MODIS13Q1数据,采用遥感数据时空融合方法,获得了时间序列的Landsat8 OLI融合数据;然后,基于Landsat8 OLI时空融合数据,并采用CASA模型,以长株潭城市群核心区为例,进行区域植被NPP的遥感估算。研究结果表明,基于时间序列Landsat融合数据估算的30m分辨率的NPP具有良好的空间细节信息,且估算值与实测值的相关系数达0.825,与实测NPP数据保持了较好的一致性。     

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.     

高山冰川多时相多角度遥感信息提取方法

提出一种多角度遥感影像的冰川信息提取方法。通过"全域—局部"的阈值分割方法获取短时期内不同时相的遥感影像的冰雪边界,结合地形信息和多时相遥感影像的太阳角度信息,联合消除山体阴影对冰川的遮挡,并以多期影像的最小冰雪边界作为最佳冰川边界。以托木尔峰西侧冰川为研究对象,采用2009—2010年4个时相的遥感影像提取冰川信息。结果表明多角度遥感提取的冰川边界效果好,能有效地排除积雪与山体阴影的干扰。     

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。     

Analyzing ice dynamics using Sentinel-1 data at the Solheimajoküll Glacier,Iceland

ABSTRACT

The climate in southern Iceland has warmed over the last 70 years, resulting in accelerated glacier dynamics at the Solheimajoküll glacier. In this study, we compare glacier terminus locations from 1973 to 2018, to changes in climate across the study area, and we derive ice-surface velocities (2015–2018) from satellite remote-sensing imagery (Sentinel-1) using the offset-tracking method. There have been two regional temperature trends in the study period: cooling (1973–1979) and warming (1980–2018). Our results indicate a time lag of about 20 years between the onset of glacier retreat (?53 m/year since 2000) and the inception of the warming period. Seasonally, the velocity time series suggest acceleration during the summer melt season since 2016, whereas glacier velocities during accumulation months were constant. The highest velocities were observed at high elevations where the ice-surface slope is the steepest. We tested several scenarios to assess the hydrological time response to glacier accelerations, with the highest correlations being found between one and 30 days after the velocity estimates. Monthly correlation analyses indicated inter-annual and intra-annual variability in the glacier dynamics. Additionally, we investigate the linkage between glacier velocities and meltwater outflow parameters as they provide useful information about internal processes in the glacier. Velocity estimates positively correlate with water level and negatively correlate with water conductivity between April and August. There is also a disruption in the correlation trend between water conductivity and ice velocity in June, potentially due to a seasonal release of geothermal water.     

基于纹理特征的SAR影像各拉丹冬冰川信息提取

冰川面积是监测冰川变化信息的重要参数。本文以各拉丹东地区为例,根据冰川区域特有的纹理特征,选取时间间隔为35天的ENVISAT ASAR干涉对,利用灰度共生矩阵提取纹理特征,通过波段组合进行监督分类,进而提取研究区冰川面积。同时以Landsat TM光学影像为依据,评价利用纹理特征提取结果的精度。研究表明:基于纹理特征并利用SAR影像提取冰川面积的方法是可行的,为提取冰川信息提供了又一可靠手段。