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...     

利用偏移量跟踪测定Amery冰架冰流汇合区的冰流速

利用35d时间基线的EnvisatASAR数据对,采用偏移量跟踪方法对东南极Amery冰架冰流汇合区的冰流速进行了测定,并对流速结果进行了精度评定和对比分析,验证了本文结果的可靠性。结果显示,Lambert、Mellor及Fisher冰川在Amery冰架后缘交汇处冰流速最大可达800m/a;汇合区接地线附近的冰流速存在一定的变化特征,该特征是辅助确定接地线位置的重要参考信息。     

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。     

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...     

基于光学遥感卫星影像的南极冰流速产品和方法研究综述EI北大核心CSCD

冰流速是反映在全球气候变化条件下南极冰盖变化及其稳定性最直接和最基本的指标之一,也是精确估算南极冰盖对全球海平面上升贡献的关键数据之一。光学遥感影像因其空间覆盖广、时间和空间分辨率高等优势,是南极冰流速大规模提取的重要数据源。本文首先对现有利用光学遥感影像进行南极冰流速提取的方法进行了综述,介绍了相关的软件和工具。然后,总结了20世纪60年代以来基于光学遥感影像生成的南极冰流速产品,并对南极典型区域的冰流速产品在物质平衡估算、冰架长时序变化监测等方面的应用进行了分析。最后,总结了光学遥感影像用于南极冰流速提取的优势及未来的发展趋势。     

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。     

利用EnviSat ASAR数据监测南极冰架崩解

利用欧洲环境卫星(EnviSat)所携带的先进合成孔径雷达(ASAR)数据高时间、高空间分辨率的特点,实现了全南极范围内冰架年崩解面积的高精度估算和崩解类型的解译。利用40期重复覆盖全南极海岸线的EnviSatASAR数据探测了冰架崩解的位置、类型和发生时间,统计分析了2005年8月到2011年8月连续6年南极冰架崩解频率和面积的时空变化。结果显示:(1)2005年—2011年平均崩解面积为2969.7km2,年崩解面积变化幅度较大,年崩解频率略呈下降的趋势;(2)南极冰架崩解主要发生1—3月,其中2月崩解最频繁;(3)东南极威尔克斯地区域是当前南极冰架崩解最活跃的区域,冰架罗斯、龙尼-菲尔希纳及埃默里等3大冰架很稳定且鲜有崩解发生,东南极毛德皇后地区域冰架相对稳定;(4)空间尺度小于100km2的崩解频率占到总频率的94.1%,忽略它们将导致南极年崩解面积低估20.7%—92.9%;(5)以内部冰川应力为主要驱动力的开裂型(Rift-opening)崩解较以外部大气和海洋因素为主要驱动力的融水型(Melt-related)崩解发生更为频繁,但是两者在量上的差异不大(约10%)。     

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。     

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。     

利用双差干涉测量方法提取Jelbart冰架接地线

接地线是内陆固定冰盖和漂浮冰架的分界线,是冰川动力学研究的重要参数,其位置的准确界定影响到南极冰盖物质平衡计算以及冰川动力学数学建模。介绍了DInSAR提取接地线的基本原理,并利用DDInSAR的方法去除冰流相位对准确探测接地线位置的干扰,通过判读双差干涉图中由潮汐相位引起的密集条纹中靠近内陆一侧的分界线得到接地线提取结果。通过和已有的全南极接地线产品对比验证,充分说明了DDInSAR是大范围、连续以及高精度提取接地线的有效技术手段,为今后极区不同地区、不同季节和年份的接地线提取及动态变化研究奠定了基础。     

中山站至A冰穹考察及沿线GPS复测结果分析

南极中山站至A冰穹（Dome-A)考察沿线布设有GPS等精度定位点，通过用高精GPS静态定位处理软件GAMIT／GLOBK对三期观测数据的处理可知，考察沿线的GPS点以8－25m/a的速度向西北方向（冰盖边缘方向）流动，越接近冰盖边缘，运动速度赵快，最快达到100m/a；而且冰川整体上以1－5m/^2的加速度流动。同时，由冰盖的流动，引起了垂直方向0－2－1m/a的沉降速度。     

基于ICESat的南极冰下湖活动监测方法

南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分,研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法,并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验,以东南极Academy₁₂和Cook_E2冰下湖为例分析了该算法在实际监测中的应用。结果表明,两个冰下湖的活动导致其冰盖表面分别产生最大约6 m的上升和最大约70 m的下降。此外,当冰下湖高程变化在ICESat数据时间段内呈恒定的变化规律时,利用全部数据和重复轨道算法可得到不受地形影响的高程变化;当高程变化规律在该时间段不恒定时,需根据实际高程变化情况选取部分测高数据解算地形,从而保证得到正确的高程变化监测结果。     

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。     

基于微波辐射计的南极冰盖冻融时空变化分析

基于改进的小波冻融探测算法,利用SMMR和SSM/I数据对南极冰盖1978年—2010年期间的冻融状况进行监测,分析了南极冰盖近31年(1978—2010)和近10年(2000—2010)的整体和区域冻融时空变化特征,结果表明:南极冰盖冻融变化受南极地区温度变化影响比较明显,两者之间具有一定程度的正相关关系,而且南极冰盖冻融具有南极东部和南极西部两种不同的冻融变化特征,南极西部冰盖冻融变化剧烈,南极东部冰盖冻融变化相对稳定,甚至有减弱趋势。     

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。     

基于微波辐射计的南极冰盖冻融时空变化分析

基于改进的小波冻融探测算法, 利用SMMR和SSM/I数据对南极冰盖1978年-2010年期间的冻融状况进行监测, 分析了南极冰盖近31年(1978-2010)和近10年(2000-2010)的整体和区域冻融时空变化特征, 结果表明:南极冰盖冻融变化受南极地区温度变化影响比较明显, 两者之间具有一定程度的正相关关系, 而且南极冰盖冻融具有南极东部和南极西部两种不同的冻融变化特征, 南极西部冰盖冻融变化剧烈, 南极东部冰盖冻融变化相对稳定, 甚至有减弱趋势。     

东南极Amery冰架与陆地冰分界线的重新划定及验证

根据无线电回波测厚 (RES)数据对东南极Amery冰架与陆地冰分界线进行了重新划定 ,指出该冰架的接地线位置最南一直向内陆延伸到 73 .2°S处 ,距冰架末端最远距离约 5 0 0km。并在该流域选取了两条具有代表性的剖面 ,分别用水面以下的冰厚度与总的冰厚度的比值、流体静力学平衡理论等进行了验证。同时对该地区所在的整个冰流系统用 5kmERS_1/DEM数据和 1kmRAMP/DEM数据 ,GPS实地测量值等对这一结论进行了验证。最后按流体静力学平衡条件对该流域的漂浮冰部分重新进行了标定     

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ICESat交叉点分析探测恩德比地冰盖近年高程变化

通过改进卫星激光测高地面轨迹交叉点高差时间序列算法,利用各期ICESat观测值的交叉点和不同期间交叉点的高差组成高程变化的时间序列,探测东南极恩德比地地区近年来冰盖表面高程变化趋势,得到恩德比地2003～2007年冰盖高程变化趋势为4.79±0.13 cm/a.     

问鼎南极巅有我拓普康!——记拓普康携手中国南极科学考察

千百年来,南极这个亘古长眠的世界向世人裸呈着自己冰肌玉骨、绝世无双的美丽的同时,其层层冰嶂、酷冷奇寒的肃杀之气凛然回绝了人类无数次好奇的拜访。科学家迷恋着这片白色大陆,在荒无人烟的冰盖上度过了美好年华,在严酷的自然环境中洒下了青春热血,甚至献出了宝贵生命。是什么让他们如此痴迷?是那无数的科学之谜。由于南极特殊的地理位置,其独特的气候是人为模拟环境所无法企及的,南极温度低达-30℃,风速超过100 m/s,有许多学科的研究必须要在南极地区这个天然实验室内进行。南极地区的很多科学问题都具有全球性意义,与人类的前途命运休…