全球气候变化背景下极地冰盖关键参数遥感观测验证EI北大核心CSCD

在当前全球气候变暖背景下,极地冰盖关键过程和重要参数研究对揭示极地冰盖对全球海平面变化的影响,提高海平面上升贡献的预测精度至关重要。极地科学考察的实地观测数据可以为遥感观测提供校准和验证,降低遥感反演的不确定性。本文基于同济大学全球变化研究团队近年来针对极地冰盖关键参数的测绘遥感与现场考察工作,重点阐述在极地科考观测验证和数据处理方面的研究,包括在南极冰盖的新型测高卫星的空-地协同验证、卫星角反射器布设、粒雪层内部温度观测与模型验证、多平台无人机海冰探测和雪冰环境调查,以及格陵兰冰盖质量变化评估等。最后,本文对未来的极地科考验证计划进行了展望。     

极区北斗卫星数据质量特征分析

为明确极区环境对北斗卫星数据质量和卫星导航定位服务的影响,本文利用极区所有IGS站可用的北斗卫星观测数据和中山站实测数据,结合信噪比、多路径误差和电离层延迟变化率等评价指标,全面分析了北斗卫星导航系统在极区的数据质量特征。结果表明:极地测站的北斗卫星观测数据质量受高度角影响更大;信噪比整体水平相对于低纬测站低,北斗卫星的信噪比水平与GPS相当;多路径效应更加严重,需在数据预处理中予以考虑;极地测站数据受电离层活动的影响大且存在时段差异。     

极地区域气溶胶地基遥感观测及分析

依据全球气溶胶自动观测网在极地区域的观测,对以下问题进行了讨论:(1)温度订正在极地气溶胶光学厚度观测中的重要性及订正方法;(2)在极地进行仪器常数标定的可行性分析及温度效应的影响;(3)利用天空散射光观测反演气溶胶微物理和光学特性参数(粒子谱分布、散射相函数、复折射指数、单次散射反照率等)时,关于观测几何选择的问题,以及针对极地区域气溶胶特性的初步反演结果。这些研究可以为中国未来在两极地区开展基于自动太阳-天空辐射计的气溶胶地基遥感观测提供参考,为极地区域气溶胶卫星遥感及气候效应评估等研究提供重要支撑。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge“冰桥”科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度, 对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge"冰桥"科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度,对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

面向极地海冰变化监测的卫星遥感技术研究进展

介绍了遥感传感器技术的发展,着重探讨了其在观察极地地区进行观测的适用性。极地地区与全球气候变化之间的关系和相互作用是气候变化研究的焦点。海冰的广泛覆盖对大气、海洋和极地地区特别是对其他地方的、其他进程的陆地和海洋生态系统产生重大影响。海冰覆盖了极地海洋广阔的区域,而两极地区的海冰受气候变化影响而产生的变化却不同,北极海冰面积减少趋势明显而南极海冰面积却有上升趋势。本研究回顾了海冰遥感领域的相关文献,评估不同传感器监测海冰物理特性的优势和劣势。分析了传感器的规格和获取的数据,概括了它们如何发展以满足用户不断增长的需求。同时,讨论了不同的遥感技术和观测方法及其在监测海冰变化方面的适用性。本文利用不同的数据集对海冰特性进行进一步的研究,总结了用于海冰监测的数据集以监测这些实地很难到达的区域。     

卫星重力场模型在极地区域的精度分析

卫星重力计划实施以来,世界各国测量研究机构基于卫星重力数据、卫星测高、船测重力、航空重力数据和地面重力数据研制了诸多高精度、高分辨率的地球重力场模型。然而,由于极区缺少相应的测量重力数据,模型精度通常较低。本文针对卫星重力测量确定的地球重力场模型精度的不确定性问题,对比分析了国际上发布的几种较新的重力场模型,分析了其在南极和北极地区反演的重力异常的准确性。结果表明,e模型虽然采用了部分极地实测重力数据,但在同阶次的情况下,其在极区的精度也并不是最高的。SGG-UGM-1模型的内符合精度在高阶时最高,在极地区域与地面重力数据误差最小。     

极地空白对GOCE引力场恢复的影响研究

由于倾角大约为96.7°,GOCE卫星的观测值在地球两极附近分别有球冠半径约为6.7°的空白区域。本文结合引力梯度不变量算法,采用球谐分析方法讨论了极区空白对引力场恢复的影响。文中首先推导了空白区对位系数恢复的影响公式,然后通过模拟计算分析了空白区的影响量级和特点。结果表明: 由于正交性遭到破坏,各阶之间会相互影响,特别是对低次的影响比较显著;采用“移去恢复法”可有效解决极地空白带来的精度损失问题,但不同的先验模型会使得最终的解有差异;然而,尽管极区有空白且模型的整体精度将受参考模型的影响,在非极区GOCE仍可提供厘米级的大地水准面。     

ENSO与COWL对全球气温影响分析

影响全球气温变化的因素主要有人类活动、自然以及气候系统内部变率等3个方面。主要运用低通滤波法,分析了气候系统内部变率因素中ENSO和COWL因子对全球气温演变趋势的影响,并建立了分离模型。     

极地测绘与遥感信息工程中长期研究规划

开拓、创新研究领域和应用范围：瞄准国际极地研究前沿,充分利用当代测绘与遥感信息工程科学研究的最新技术手段,拓展本学科在极地的研究领域和应用范围,在边缘学科和跨学科渗透应用中去创新,争取在“十五”研究水平的基础上有较大的提高。     

基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

北斗在极区导航定位性能分析

北极蕴藏着丰富的资源,冰川融化使得夏季北极地区的航行成为可能,北极地区战略地位凸显。为了保障北极地区活动的安全性,精确导航定位是重要基础保障,本文分析了我国北斗卫星导航系统当前星座及未来全球星座在极区的可用性。详细分析了利用北斗卫星导航系统在极区进行导航、定位服务的基本性能,分析其优缺点,并提出了可能的应对方法。     

鄂栋臣当选国际欧亚科学院院士

著名测绘遥感专家、武汉大学教授、博士生导师鄂栋臣近日当选国际欧亚科学院院士。现为中国南极测绘研究中心主任的鄂栋臣教授,曾六赴南极、四赴北极,是中国极地测绘领域的开拓者和奠基人。在极地测绘工作中,测定了中国第一幅南极地图——长城站地形图,命名了中国第一个南极地名——长城湾,在北极点埋设了第一个中国测绘标志。     

基于资源三号卫星影像的极地1∶50000无地面控制成图技术研究

利用国产自主研发的立体测图卫星资源三号卫星遥感影像,采用无地面控制区域网平差方法,试生产极地地区1∶50 000 3D(DLG,DEM,DOM)地理信息产品.通过试生产提出极地1∶50 000比例尺数据成图技术流程图,并对其数据处理过程中的关键技术进行研究和分析,提出相关的技术要求.     

《南北极地图集》在京举行首发仪式

《南北极地图集》综合反映了25年来我国南北极测绘的历史与研究成果。运用航空航天遥感、全球定位系统、地理信息系统等现代化测绘技术和数字制图工艺,采用基于彩色地图桌面出版系统的全数字地图制图技术,集图像、影像、文字、图片于一体,围绕由南极洲和北极地区到中国南北极考查地区,从极地地理环境特征到我国极地测绘考察现状,突出反映了极地特有的区域地理特点和现象,汇集了普通地理地图、专题地图、影像图共70多幅,图片150张。     

极地空白对GOCE引力场恢复的影响

结合引力梯度不变量算法,采用球谐分析方法讨论极区空白对引力场恢复的影响。首先推导空白区对位系数恢复的影响公式,然后通过模拟计算分析空白区的影响量级和特点。结果表明,由于正交性遭到破坏,各阶之间会相互影响,特别是对低次的影响比较显著;采用"移去恢复法"可削弱极地空白带来的精度损失,但不同的先验模型会使得最终的解有差异;但在远离两极的区域,大地水准面的精度主要受观测值的精度所控制。     

遥感与中国可持续发展:机遇和挑战

中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。     

极区不分带高斯投影的正反解表达式

针对传统高斯投影公式在极区难以应用的问题,通过引入等角余纬度及等量纬度的表达式,推导出严密的复数等角余纬度公式,进而得到严密的极区高斯投影正解表达式;借助符号迭代法及指数函数与三角函数间的关系式,推导出对应的极区高斯投影反解表达式;基于极区高斯投影正解表达式,推导出可用于极区的长度比、子午线收敛角公式;最后,以CGCS2000椭球为例,与实数型幂级数高斯投影公式计算的结果进行对比,验证了本文推导公式的正确性。由于本文推导公式不受带宽限制,且可用于整个极区的表示,对于编制极区地图及极区导航具有重要的参考价值。     

格陵兰冰盖质量变化及其驱动机制研究进展

作为地球气候系统演变的“预示器”,格陵兰冰盖（Greenland ice sheet, GrIS）质量变化不仅是全球气候变化研究的重点领域,也是海平面变化研究的关键科学问题。结合多种大地测量技术及气候模式等回顾了GrIS近几十年质量变化,总结了不同手段的优缺点及其质量变化机制。基于卫星重力、测高等多种手段的研究结果表明,受不同手段自身特点的影响,计算的GrIS质量变化存在明显差异,导致对海平面变化的预测存在较大不确定性。GrIS质量的快速变化与多种驱动机制相关,包括地理环境导致的辐射反馈,海洋、大气热力过程及冰盖动力过程等影响。然而,不同机制之间的相互作用仍待进一步研究。针对目前手段和机制存在的不足,指出多源数据的融合应用、极地冰盖模式的进一步优化等可能是未来GrIS质量变化及其气候变化响应研究的重要方向。     

横轴墨卡托海图的船舶极区航行方法

针对极区地理位置特殊而导致的中低纬度航行方法在极区不适用的问题,提出了基于横轴墨卡托海图的极区航行方法,该方法是将构造的伪经线作为航向参考基准、伪经纬度替代传统经纬度坐标直接用于极区船舶的定位定向,将基于伪经纬线网的横轴墨卡托海图作为极区海图,这样伪恒向线和方位线在图上是一条直线,根据横向惯性导航系统输出的伪经纬度以及伪航向等信息,航海人员可以像在中低纬度地区的海图作业那样,迅速地在海图上进行船舶的航迹推算与定位。