山地冰川中流线自动提取方法研究北大核心CSCD

冰川是冰冻圈的重要组成部分,被誉为气候变化的“指示器”和“预警器”。而冰川中流线则是反映冰川几何形态的关键参数之一,是确定冰川长度随时间变化、分析冰川运动速度场和估算冰川体积等的一个重要参量。本文基于泰森多边形法,结合冰川表面地形特征,从形态学角度提出了一种山地冰川中流线自动化快速提取的新方法。本方法根据数字高程模型数据分别以冰川矢量边界线上局部最高点和最低点为起始点和终点,并结合提取冰川中心线的方法提取冰川的中流线。将本方法应用于青藏高原1014条山地冰川中,自动生成了相应的冰川中流线2114条,提取成功率为100%。通过将本文所提方法与Kienholz方法所提取的冰川中流线的平均长度进行比较,发现本文方法和Kienholz方法所提取冰川中流线的平均长度比为0.98,具有很高的一致性。另外,对于不同类型冰川的中流线提取,我们引入了Zhang方法和Kienholz方法与本文方法的提取结果进行了对比,结果表明本方法提取结果覆盖更全。本文所提方法可基于冰川编目数据中的冰川矢量边界线数据和数字高程模型数据,在无人工参与的情况下,实现对冰川中流线的自动化快速提取。     

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,面积272.95 km²,平均长度为1.02 km,长度为2~5 km和0.2~1 km的冰川分别构成了该山系冰川面积和数量的主体。1970—2016年阿尔金山冰川面积减少了53.07 km²（变化速率为-1.15 km²·a^-1）,冰川长度平均缩短了0.26 km（变化速率为-5.65 m·a^-1）,其中西段冰川长度相对变化速率明显快于东段,且2010—2016年冰川退缩速率明显快于1970—2010年,气温升高是导致阿尔金山冰川退缩的主要原因。冰川长度与冰川面积、周长有较强的相关性,冰川长度变化与冰川消融区面积变化及末端海拔上升有较强的正相关关系,即冰川消融区面积减少越多,冰川末端海拔上升越高,冰川末端长度的减少值也越大。     

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.     

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.     

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。     

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。     

中国冰川旅游资源及其开发

在中国的三大类现代冰川中,海洋型冰川以其末端海拔最低、易于到达、冰川地貌复杂多样和周围自然风光优美而最能吸引众多游客,因此最宜开展旅游活动;亚大陆型冰川次之;极大陆型冰川雪线及冰舌末端海拔最高,不易到达,周边自然风光相对单调,只适合特殊群体进行登山、探险和科学考察.从形态类型考察,冰帽、悬冰川和冰斗冰川一般只适宜观赏,而山谷冰川不仅具有观赏价值,游客还可登上冰舌,直接体验冰上生活.最后还对川、滇、藏、青、甘、新六省区冰川旅游资源的开发提出了具体建议.     

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。     

喜马拉雅山珠峰绒布冰川流域径流模拟

基于2009年5-10月喜马拉雅山北坡珠峰绒布冰川流域实测水文气象数据、 50 m分辨率DEM和中国第一次冰川编目资料, 在HYCYMODEL水文模型中加入冰川消融子模块, 模拟了绒布冰川流域径流过程.冰川消融子模块以海拔5 180 m基站的实测日气温、 日降水作为模型输入, 把气温、 降水插值到该流域40个高程带中, 分别计算各高程带的冰川消融和裸地蒸发, 并考虑液态降水对冰面的加热作用.野外气象观测表明: 2009年5-10月流域海拔5 180~5 750 m内, 月气温递减率在0.63~0.73 ℃·(100m)^-1之间, 均值为0.70 ℃·(100m)^-1; 同期降水观测显示, 海拔5 180 m以下降水梯度为-7.3 mm·(100m)^-1, 该高度之上降水梯度为22 mm·(100m)^-1. HYCYMODEL水文模型的敏感性检验表明, 该流域径流变化主要受气温影响, 降水变化引起的径流变化较小, 气温和降水变化对流域径流的影响是非线性的.     

基于GF 1光谱数据的青藏地区冰川资源现状遥感调查

以2014—2015年的GF 1为主、少量OLI影像为基础,参考第二次中国冰川目录等文献资料,修编完成青海省和西藏自治区两省区的现代冰川编目,查明青藏两省区目前共有冰川24 796条,总面积约2624×104 km2,约占青藏两省区区域面积的137%,冰川储量为2027×103~2121×103 km3。调查区冰川数量以面积<10 km2、冰川面积介于10~100 km2之间的冰川为主,其中面积<10 km2的冰川有19 983条,占总数量的8059%,面积介于10~100 km2之间的冰川面积为11 96240 km2,占总面积的4559%;面积最大的中锋冰川的面积达23737 km2。调查区内的山系(高原)均有冰川分布,念青唐古拉山冰川数量最多,其次是喜马拉雅山和冈底斯山,这3座山系冰川数量占调查区内冰川总数量的6333%;念青唐古拉山、喜马拉雅山和昆仑山的冰川面积和冰储量位列前3位,其冰川面积和冰储量分别占总数的6809%和7344%;然而昆仑山和羌塘高原的单条冰川的平均面积大于念青唐古拉山和喜马拉雅山的平均面积。从冰川海拔分布来看,海拔5 000~6 500 m之间是冰川集中发育区域,约占调查区冰川数量和冰川总面积的85%以上。调查区的冰川在各流域的分布差异显著,恒河流域是冰川分布数量最多、面积最大的一级外流区,其数量占冰川总量的47%以上,面积占总面积的52%以上;青藏高原内陆流域的冰川数量、面积次之,其冰川数量占总数量的21%,面积占总面积的24%以上,并且内流区单条冰川的平均面积略大于外流区的平均面积。总体上,西藏的冰川数量、面积和冰储量分别占西藏和青海两省区的8492%、8492%、8668%,单条冰川的平均面积两省区相近。     

黄河源区阿尼玛卿山典型冰川表面高程近期变化

阿尼玛卿山位于青藏高原的东缘,是黄河源区冰川分布比较集中的区域。该区域的冰川物质平衡变化研究对于冰川水资源评估及冰川对气候变化响应研究具有重要借鉴意义。通过TerraSAR-X/TanDEM-X数据的干涉测量方法获得阿尼玛卿山区冰川的高分辨、高精度的数字高程模型（DEM）,与SRTM DEM进行差分获得该区域冰川2000年至2013年间的表面高程变化。对比发现：近13 a来该区域典型大冰川表面高程整体均有所下降,唯格勒当雄冰川末端区域冰川表面高程平均下降（4.16±3.70）m,冰舌中部表面高程有所增加,冰川末端区域表碛覆盖范围有所增加;哈龙冰川表面高程从末端往上呈递减下降的趋势,平均下降（8.73±3.70）m;耶和龙冰川表面平均下降了（13.0±3.70）m,但从冰川末端往上1.6 km区段表面高程平均增加约25 m,冰舌中部表面高程下降明显,对比冰川编目数据、Landsat TM图像可知,该冰川在2000年至2009年间发生过跃动,冰川末端位置前进了约500 m。总体来说,即使存在个别冰川前进现象,该区域冰川在近13 a间仍处于退缩状态。     

冰川目录数据库

全文以中国冰川目录中的45000余条冰川,按山区,河流以及每条冰川的25项要素指标,储存在建立的“冰川目录数据库”中,为冰川目录的增加、删除、修改、更新和统计打印等提供了现代化手段。并详细介绍了冰川目录数据库的建立,基本结构和管理系统的使用。     

云南玉龙雪山第四纪冰期与冰川演化模式

云南玉龙雪山高峰区有现代冰川１９条,面积１１．６１Ｋｍ＾２,冰川融水汇入金沙江。在现代冰川外围有丰富的古冰川遗迹,可划分３次更新世冰期,即大理、丽江和云杉枰冰期。相当于欧洲阿尔卑斯的玉木里斯和民德冰期。其中以丽江冰期冰川规模最大,当时,河水冰期的白水河冰川长２．５Ｋｍ,冰川 演化模式与梅里雪山、贡嘎山东坡相同,均属藏东南型,而与青藏高原广大高山区以例数第三次冰不川最大规模有别。主要是它们位于青藏高     

面向对象-改进冰雪指数法消除冰湖干扰提取冰川边界的优越性分析——以各拉丹冬冰川为例

冰川作为气候变化的重要指标器,其范围监测对区域生态环境以及人类社会生活具有重要意义。目前基于遥感技术的冰川范围监测应用广泛,然而传统遥感监测方法中冰雪指数阈值法的提取结果存在无法区分冰川与冰湖的现象,面向对象分类法受地物光谱纹理信息限制无法避免同谱异物现象的出现。为弥补上述不足,提出一种可区分冰湖与冰川的改进冰雪指数,并将其融入面向对象分类法中,构建了一种面向对象-改进冰雪指数法。将各拉丹冬冰川作为试验区（该地区冰川表面洁净）,运用面向对象-改进冰雪指数法识别冰川边界,使用青藏高原冰川数据产品及常规遥感监测方法的提取结果作为参考数据,以验证此方法的有效性和稳健性。结果表明：面向对象-改进冰雪指数法综合了改进冰雪指数阈值法以及面向对象分类法的优点,冰川范围提取精度高达97.26%,与冰雪指数阈值提取结果相比精度提高了0.12%,与面向对象分类法提取结果相比精度提高了0.38%。此方法不仅有效地解决了地物错分的问题,还实现了冰川边界的精确识别。     

祁连山西段小冰期以来的冰川变化研究

根据航空摄影相片、地形图、遥感影像数据,分析了祁连山西段自小冰期至1990年的冰川变化,得出该地区在小冰期至1956年间冰川面积减小幅度为16.9%,冰川储量减少了14.1%;1956-1990年间冰川仍以退缩为主,此时段冰川面积和储量减小量占1956年时相应量的10.3%和9.3%.分析认为冰川退缩主要与1956-1966年时段气温偏高、降水偏少有关,而且该流域区对应于1956-1966年间强负物质平衡的冰川退缩可能出现于1960年代中期至1970年代中期.     

我国冰川温度研究40年

１９５９年以来,先后在２９条冰川上进行了大量的观测、冰川温度面上的状况已清楚。可区分出冷冰川,温冰川和冷温复合冰川３类,其表面层的传热学、内部热交换可作定量描述。今后应向纵深、高精度和综合性发展,重复过去的浅孔观测已不再必要。     

2008—2018年中国冰川变化分析

调查冰川资源的分布与变化,对区域乃至全球的自然环境与经济社会发展都具有十分重要的意义。基于315景Landsat 8 OLI遥感影像,结合中国第二次冰川编目数据与Google Earth软件,通过人工目视解译等方法调查了2018年中国冰川的分布与变化。结果表明：中国现存冰川53 238条,总面积为（47 174.21±19.93） km²,72%的冰川面积<0.5 km²,规模在1~32 km²的冰川的面积占中国冰川总面积的60%。2008—2018年,中国冰川总面积减少1 393.97 km²,面积变化率为-0.43%?a^-1。冰川面积变化率表现出明显的空间差异,面积退缩最快的是冈底斯山,达-1.07%?a^-1;最慢的是羌塘高原,为-0.05%?a^-1。坡度上,各山系之间的冰川面积变化率差异较为明显。超过70%的山系位于正东和东南方向的冰川面积退缩快,2008—2018年退缩率为-5.0%;正北方向的冰川面积退缩相对缓慢,同时期退缩率为-3.8%。气温和降水变化率差异以及海拔、坡度、坡向等地形差异,共同影响中国冰川的变化。