南极冰盖地形数据库BEDMAP 2述评

南极冰盖物质收支与不稳定性对全球气候变化和海平面升高有着重要影响,而冰盖厚度和冰下地形则是研究南极冰盖的物质平衡、动力及不稳定性极为重要的参数。自20世纪50年代以来,国际上针对南极冰盖开展了大量的冰雷达以及重、磁测量,这些测量结果被汇集并形成冰厚和冰下地形数据库,进而服务于冰盖模式和地球系统研究,最新推出的成果便是BEDMAP 2(Bedrock Mapping Project 2)。首先介绍了BEDMAP 2的数据来源、结构以及数据处理,并讨论了数据的质量评价,然后分析了BEDMAP 2中展示的整个南极冰盖与冰下地形及其特点。最后,对于BEDMAP 2对中国在南极冰盖考察和研究方面的作用进行了一些讨论与展望。     

信息与数据共享计划简介

信息与数据共享计划是国际极地年中国行动计划的主要内容之一,旨在对IPY现场考察获取的数据开展归档保存、充分交换和共享利用,同时,围绕东南极冰穹A-格罗夫山—中山站—埃默里冰架—普里兹湾断面各区域以及北冰洋太平洋扇区,整理整合IPY数据和历史数据,建立PANDA断面和北冰洋太平洋扇区主题数据库群,为我国持续开展上述区域后续研究奠定基础.     

地形因子对京西门头沟区土地利用/覆盖变化的影响

以土地利用数据和数字高程模型(DEM)为基础,运用GIS对空间数据和属性数据的管理和分析功能,用高程、坡度、坡向3个地形因子分析了1990年与2005年北京门头沟地区的土地覆盖现状以及土地利用动态变化度。结果表明,地形因子对土地利用类型的分布规律有明显的影响,研究区在最近的15 a农业用地减少,城镇建设用地大幅度增加,社会经济和政治因素对土地利用/覆盖动态变化的驱动作用显著。     

城市山洪灾害风险评价——以云南省文山县城为例

山洪灾害风险评价对于减灾防灾决策和管理非常重要。本文介绍基于遥感和GIS方法的应用,探讨一种快速、简便而且较为准确的城市山洪灾害风险评价方法。以发生于1998年7月26日文山城20年一遇山洪灾害为实例,将GIS的数字高程模型与实测的山洪水位和洪峰流量结合进行淹没分析,研究表明采用该方法可以模拟准确山洪泛滥范围,并计算淹没水深分布。根据不同水深指标,应用GIS工具完成了山洪灾害危险分区。本研究利用高分辨率遥感影像提供承灾体类型的可靠和准确数据用于易损性分析和期望损失评估的价值计算。根据典型区财产损失的抽样调查,建立了不同承灾体类型与水深的关系,并确定其损失率;应用GIS空间数据处理和分析的集成方法完成了复杂的损失评估。在此基础上,按期望损失程度进行分区划分而完成山洪风险评价。研究结果表明基于GIS和RS方法进行山洪风险评价效果良好,值得推广应用于其他洪水泛滥区。     

基于RTK-GPS的北极Austre Lovénbreen 冰川表面高程变化研究

基于多期RTK-GPS(Real Time Kinematic-Global Position System)高精度测量数据,通过冰面高程变化开展北极Austre Lovénbreen冰川物质变化研究。首先基于冰面GPS测点开展多种空间插值方法的比对,兼顾冰面DEM(DigitalElevationModel)的平滑特性以及插值结果的准确性,优选自然邻域法作为冰面地形的插值算法;继而利用2013—2015年3期RTK-GPS数据,通过冰面地形内插和测线交叉点比对两种方式开展了AustreLovénbreen冰川表面高程变化的分析,结果表明交叉点方法的精度更高,而地形内插法在测线之间的空白区域存在较大误差。最后通过冰雪密度估计将高程变化转化为水当量,计算相应时段的冰川物质平衡:积累区密度取500 kg·m-3,消融区密度取900 kg·m-3,得到2013—2014年和2014—2015年的物质平衡分别为–0.277m w.e.和0.065m w.e.。该物质平衡结果相较于传统的冰面物质平衡而言存在一定的差异,主要源于测量时段的不一致,以及可能存在的冰川内部物质变化。此外,将RTK-GPS交叉点高程的年际变化与所在高程进行联合分析,发现冰川物质变化与冰川高程分布既有较强的相关性,部分区域也存在一些差异。总体而言,冰川物质年变化的海拔梯度为2.67‰,在海拔越低的区域冰川消融得越快,随海拔上升消融减慢,在高海拔或冰川边缘区域还存在少量物质积累。     

基于GIS的地理元胞自动机模拟框架及其应用

提出了一种基于GIS的地理元胞自动机模型框架:SimUrban,用于城市发展和演化的模拟与预测。该框架基于面向对象技术,在GIS环境下利用VS.NET开发而成,可以集成遥感和GIS数据以及新的转换规则和地理CA模型,从而模拟城市演化并进行精度评定。以上海市嘉定区为例,在SimUrban环境下利用基于主成分分析(PCA)的地理CA模型模拟了该区域1989-2006年城市发展和演化过程。     

基于遥感技术和GIS的小流域土地利用/覆被变化分析

根据贵州省平坝县克酬流域1973年MSS影像数据,1989、1995、2000年Landsat TM影像数据,利用RS和GIS信息获取技术、空间分析技术和数理统计方法,分析了该流域土地利用的数量变化和空间变化特征,明确了土地利用变化的主要类型和方向,并探讨了土地利用变化和地形因子的关系。结果显示,该流域土地利用以农田和灌草用地为主,1973~2000年林地和灌草地减少,农田、水域、村镇、交通用地增加,林地转化为灌草、灌草转化为农田及农田转化为村镇居民点和公路用地是研究区主要土地利用变化类型。研究区土地利用空间分布与海拔高程、坡度等地形因子有密切关系。1973~2000年农田、林地和灌草分布的海拔高程和坡度均呈增加趋势,这和上述土地利用类型间的转化规律相一致。     

基于ArcGIS的条带剖面提取方法在地貌分析中的应用

条带剖面提取方法是利用数理统计原理,获得垂直于剖面线方向上一定缓冲区范围的高程信息,计算最大、最小和平均高程以及地形起伏度,把地形剖面图对线状地形起伏特征的描述转化为对面状地形起伏特征的描述。该文基于ArcGIS 9.3对三峡地区SRTM-DEM数据进行了条带剖面提取方法研究,实现了基于ArcGIS的条带剖面提取技术流程。应用条带剖面对三峡地区地形地貌进行了定量分析,该方法可快速提取条带剖面,能准确获取高程属性的相关统计参数,对地形地貌信息提取和定量分析具有一定价值。     

移动GIS中GML数据压缩技术研究

目前利用GML实现多源异构移动GIS空间数据资源整合时,存在数据压缩的"瓶颈"问题。在分析移动计算环境中GML数据压缩特性(语义同构、时空拓扑特性保持以及自适应网络流量动态调整压缩结构)的基础上,利用语义编码构造整体空间,并通过语义空间聚类与小波变换分析,构建移动GIS中GML数据压缩模型。实验表明:该压缩模型在压缩比、直接读取压缩数据以及在无线网络上传输压缩数据3方面均具有较好的性能,对移动GIS数据共享集成的理论与技术研究具有一定的参考价值。     

永定河流域典型区土地利用/覆被变化

在遥感与地理信息系统技术支持下,利用研究区多期Landsat-TM卫星影像为主要数据源,在GIS空间分析模块下应用单一土地利用平均动态度、单一土地利用平均转出率和转入率、综合土地利用动态度以及土地覆被变化空间指数等指标,对永定河流域典型山区--门头沟区土地利用/覆被变化的格局与过程进行了定量研究.研究表明:1.过去21 a期间,研究区的土地利用/覆被发生了比较剧烈的变化,在1984～2005年期间不同时间断面呈现波动变化,各地类之间的变化幅度存在较大差别,但总的趋势是:工矿、城镇用地面积呈明显增加趋势,耕地、水体、农村居民点、草地和其他用地呈减少趋势,而林地中阔叶林、灌木林呈增加,混交林地与针叶林地减少,林地总量总体上是呈增加态势.2.各地类变化方向和强度存在较大差异,不同时间断面发生情况各不相同,各地类有增有减,有持续增加型,先增后减型,先减后增型;三个时间断面的土地覆被变化速度、类型转化、以及土地利用程度发生变化.3.在不同时间断面各地类的水平空间分布发生转移,平均分布高程和坡度在垂直空间上出现了相应的变化.     

A preliminary application GIS in glaciological research along the traverse route from Zhongshan Station to Dome A, Antarctica

GIS is applied in glaciological research along the traverse route from Zhongshan Station to Dome A, one of the key routes in ITASE project, to display, process, manage and analyze the data obtained mainly by the 3rd Chinese Inland Expedition, together with Antarctic databases provided by ADD and BEDMAP project. The ways of ADD data merging and clipping, and coordinate projection transformation of field data and BEDMAP data are introduced. Elevation data derived by GPS navigator are corrected using ADD and ArcView's contour interpolation. Sub ice topography and ice thickness along the route are extracted from BEDMAP database. Slope and aspect data are derived at each positioning station. GIS is a convenient and useful tool for us to record, query and display a variety of data in detail along the traverse route.     

The first geodetic investigation at the summit of Dome A,Antarctica

Dome A is the highest ice feature in the Antarctica,up to now,little is known about surface topography at Dome A.The first Chinese ITASE expedition was carried out from Zhongshan station to Dome A during the 1996/1997 austral summer. During the 2004/2005 austral summer,the traverse was extended to the summit of Dome A which is 1228 km from Zhongshan Station by 21st Chinese National Antarctic Research Expedition (CHINARE).The real-time kinematic (RTK) GPS survey was carried out in the summit of Dome A during 2004/05 austral summer.The surface to- pography of Dome A was drawn up using the kinematic double-frequency GPS data covering an area of about 70 km~2.The accuracy of the kinematic survey is in the range of 0.20 m.Precise surface topography,bedrock morphology and internal laye- ring geometry are important for the future selection of the best site for deep drilling at Dome A.     

中山站至内陆330公里冰川学剖面考察

１９９６～１９９７年南极夏季期间，中国组织实施了首次南极内陆冰盖冰川学考察，深入冰盖内陆３３０ｋｍ，作为中山站至南极内陆最高点ＤｏｍｅＡ大剖面研究计划的开始。计划将对冰盖物质平衡、２００年以来环境演化过程、冰雪／气交换过程等科学问题开展观测研究。本次考察进行了物质平衡、地貌、气象、雪坑地层观测，采集了表层、雪坑、冰雪芯样品。     

南极内陆考察沿线GPS高精度定位点测量结果分析

中山站至 Dome- A考察是中国承担的“国际横穿南极科学考察”( ITASE)计划的一部分。考察沿线布设有 GPS高精度定位点 ,通过两期观测数据的计算可知 ,考察沿线的冰川整体上以8- 2 4 m/a的速度向西北方向 (兰伯特冰川盆地方向 )流动 ,而且 ,越接近冰盖边缘 ,运动速度越快 ,最快达到 1 0 0 m/a。同时 ,由于冰川的流动 ,引起了 GPS点垂直方向 0 .2 - 1 m的沉降量     

积雪对南极冰盖自动气象站气温观测影响的研究

随着冰盖表面雪的累积或消融,自动气象站(AWS)传感器相对地表的高度随之发生变化,故所记录的观测资料不能直接反映相对地表固定高度上的气象参数。为了使南极冰盖上AWS所获取的气象资料具有可靠性,在积累率对AWS观测气温影响的基础上,将东南极冰盖上中山站至DomeA断面3个AWS的连续观测气温修正到相对于雪表面的某一真实高度上。结果表明:(1)DomeA,Eagle和LGB69年平均1m气温分别为-53.19℃,-41.33℃和-26.29℃,年平均积累率分别为0.11m、0.30m和0.49m,对应的1m气温年平均修正量分别为0.34℃、0.29℃和0.35℃,2m和4m气温的年平均修正量均小于0.1℃;(2)积累率变化对离地表最近层次上的气温影响最大,越往上层影响越小;(3)气温的修正量大小与积累率并非成简单的正比关系,它与气温本身的季节变化特征以及局地近地表逆温强度有很大的关系。气温的平均修正量冬季为正,夏季修正量的正负由局地是否存在逆温决定,修正量值的大小主要由逆温强度和积累率决定。     

2007/2008年度中国南极冰穹A考察新进展

冰穹A(DomeA)是南极冰盖最高区域,其独特的地理位置和蕴藏的科学资源受到国际科学界的普遍关注,近年来成为国际南极科学考察研究的重要前沿区域。中国第24次南极考察(CHINARE24,2007/2008年度)继续开展DomeA地区考察活动,具体执行内陆建站选址任务和国际极地年中国行动计划--PANDA计划。本次内陆冰盖队在到达DomeA后,在DomeA核心区域以及中山站-DomeA断面上开展了多学科系统性的科考工作,取得了以"南极DomeA科学考察"、"内陆建站选址"和"中国南极内陆考察支撑能力建设"为代表的新进展,提升了我国南极内陆考察的支撑保障能力和科学认知水平。     

南极中山站至Dome A剖面表面雪样氧同位素组成

运用质谱技术 ,测定了南极中山站至 Dome A剖面 1 998/1 999年度表面雪样氧同位素组成。结果表明 ,表面雪样氧同位素组成变化范围相当大 (- 2 2 .5 1‰ - - 5 0 .6 7‰ ) ,且具有随距中山站距离逐渐增大、海拔高度逐渐增加而逐渐减小的趋势。线性回归分析显示表面雪样氧同位素组成与距中山站距离、海拔高度和纬度存在着很好的相关性 ,这实际上反映出稳定同位素组成和温度之间的密切联系     

东南极冰盖中山站-Dome A断面表层雪中SO_4~(2–)和MSA的空间分布特征

中山站-Dome A断面考察是国际横穿南极科学考察计划(ITASE)的核心考察路线之一,具有重要的科学意义,在国内外产生了广泛影响。中国第31次南极科学考察内陆冰盖考察期间,采集了中山站-Dome A断面上约10 km间隔的表层雪样品,通过离子色谱实验分析,得出了断面上含硫化合物(SO_4~(2-)与MSA)的含量。在整个断面上,nssSO_4~(2-)和MSA含量表现出微弱的递减变化趋势,呈现出区域性变化趋势。在内陆高原区域(Dome A区域),nssSO_4~(2-)与MSA存在较好的线性关系([MSA]=0.1158×[nssSO_4~(2-)]–1.1497,r~2=0.75)。MSA/nssSO_4~(2-)比值在断面上的变化范围为0.04—0.47,均值为0.14,比值表现为沿海区域高于内陆区域,与低温条件下MSA/nssSO_4~(2-)比值大相矛盾,原因是由于源区的不同或风场而造成的。通过对断面上含硫化合物的研究,为进一步利用冰芯SO_4~(2-)与MSA记录研究过去气候环境提供了科学依据。     

南极中山站-Dome A断面表层雪稳定同位素空间分布及环境影响因素分析

中山站-Dome A断面是表层雪稳定同位素组成分析的理想区域,沿线进行δ18O、δD和d的空间分布及环境影响因素研究对反映东南极地区的气候变化和物质来源具有关键意义。因而,本文基于线性回归及相关性分析方法,详细探究了断面上多种环境因素与表层雪稳定同位素分布的空间关系。结果表明,温度和地理因素与同位素比值之间有显著相关关系,且海拔是地理因素中的主要影响因素,随海拔上升表层雪的δ18O呈线性下降趋势。另外,通过断面上δ-T斜率与南极其他断面对比,发现斜率可能具有冰盖近岸和内陆地区较低的区域性特征,而造成这一现象的原因是水汽源区的改变和低温条件下水汽过饱和时的同位素动力分馏。最后,d的空间分布在沿海区域和内陆区域也有不同,推测主控因素分别是水汽源区条件和温度。     

联合GPS和SARAL卫星测高数据构建南极Dome A区域DEM

南极冰盖数字高程模型(digital elevation model,DEM)对南极环境变化和地形研究具有重要作用,利用GPS实测数据和卫星测高数据建立DEM是构建南极冰盖表面DEM的重要方法。考虑到实测GPS数据的精度较高,而卫星测高的空间分辨率占优,本文探讨综合利用这两种数据构建南极Dome A区域DEM。法国国家空间研究中心和印度空间研究组织共同研制的SARAL卫星是Envisat的后续卫星,搭载的Alti Ka雷达高度计首次采用了Ka波段,可以极大减小电离层的影响,提高测距精度和卫星数据的空间分辨率。本文首先利用中国南极第29次科学考察在Dome A区域的实测GPS数据对SARAL数据进行精度评定,然后利用实测GPS数据对SARAL测高数据进行高程修正,联合GPS数据获取得到了Dome A区域300 m分辨率的DEM。结果表明SARAL的高程精度为0.615 m,而联合GPS数据能改善DEM精度,提高到0.261 m。