四种南极数字高程模型的精度比较与分析

南极数字高程模型（DEM）是南极冰盖研究的基础数据,目前国际通用的全南极DEM数据主要有JLB97 DEM、RAMPv2 DEM、ICESat DEM以及Bamber 1km DEM. 利用DEM对DEM验证的方式对四种DEM的精度进行比较分析. 结果表明：Bamber 1km DEM和ICESat DEM之间的高程差异最小,平均高程差小于1.8 m,二者均有较高的可靠性. RAMPv2 DEM与Bamber 1km DEM的高程差大于1.9 m,在81.5° S以南和坡度较大的区域,高程差异更为明显,高程可靠性较低. JLB97 DEM与上述三种DEM的偏差超过10 m,高程可靠性最低.     

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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CryoSat-2测高数据的北极格陵兰海海冰干舷高提取研究

北极是全球气候和环境变化的驱动器之一,获取北极海冰的时空特征和变化规律对研究北极以及全球气候变化意义重大。格陵兰海是北极海冰剧烈变化的区域之一,采用CryoSat-2的雷达测高数据,获取了格陵兰海的海冰干舷高分布,并利用波弗特环流计划(BGEP)仰视声呐(ULS)数据进行了验证。研究结果表明,格陵兰海海冰干舷高和分布范围存在明显的季节性变化特征,具体体现在格陵兰海海冰从10月份进入冻结期开始,海冰分布范围不断扩张,海冰干舷高也逐渐增大,2月份平均干舷高达到最大(0.2 m),之后格陵兰海海冰开始消融,覆盖范围不断内缩,9月海冰干舷高降至最小(0.13 m)。     

利用Envisat数据探测中山站至Dome A条带区域冰盖高程变化

在中山站至Dome A条带区域,利用2002-10～2007-09的Envisat RA2数据,对交叉点分析中的单一法、静态法与动态法进行了比较,结果表明:①动态参考算法优于其他两种算法;②反射能量是影响卫星测高确定冰盖高程变化的重要因素;③研究区域冰盖高程长期变化整体处于平衡,但其分布不均匀,恩德比地地区存在明显正增长,与ICESat一致。     

南极冰盖DEM机载测高验证与分析——以西南极Thwaites冰川为例

利用冰桥计划(IceBridge)在西南极Thwaites冰川的机载激光测高数据,对ICESat卫星测高数据和目前国际常用的4种南极DEM,包括Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2DEM和JLB97DEM的精度进行了验证和分析。结果表明,ICESat卫星测高数据和ICESat DEM有着较高的高程可靠性,其与冰桥计划机载测高数据的平均高程差小于5m,标准差小于15m。Bamber 1km DEM高程可靠性相比ICESat卫星测高数据和ICESat DEM低一些。JLB97DEM、RAMPv2DEM与冰桥计划机载测高数据之间的标准差超过30m,尤其在坡度较大的区域,高程可靠性低。     

基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础. 内插是建立数字高程模型的重要技术点, 插值方法有多种, 根据不同的适用情况, 不同的插值方法各有优劣. 利用克里格、 距离反权、 三角网剖分、 最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM, 通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较. 结果表明: 克里格插值方法的可靠性最好, 稳定性最高. 然后, 利用克里格插值方法, 基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM. 由于南极大陆实测数据有限, 缺乏对DEM的检核. 为了分析所建DEM的可靠性, 利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据, 对所建立的DEM进行了验证分析. 结果显示, DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高, 符合度在3 m以内; 距离卫星轨道越近的区域精度越高, 可达到1 m 以内. 在坡度较大, 高程变化较为显著的区域如沿海地区, 精度较低, 差距最大的点超过40 m.     

利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a~(-1).解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.     

基于独立分量分析的南极半岛GNSS网区域滤波

高精度GNSS速度场是研究地壳垂向运动及板块运动的基础,能够为冰川均衡调整（Glacial Isostatic Adjustment,GIA）的建模提供外部检核和新的约束.共性误差（Common Mode Error,CME）是区域连续GNSS时间序列中存在的一种与时空相关的主要误差源,通过空间滤波可有效的降低共性误差的影响,提高坐标时间序列的精度.目前广泛采用的主分量分析法（Principal Component Analysis,PCA）,基于二阶统计量（方差和协方差）进行处理,没有充分利用CME高阶统计信息.而独立分量分析ICA （Independent Component Analysis）,引入高阶统计量,能够分离出统计独立的非高斯信号.以南极半岛地区的15个GNSS站点为例,由于某些站点存在强烈的局部效应,因此引入了因子分析法首先对异常站进行剔除,然后对比分析了PCA和ICA方法在南极半岛地区区域滤波结果.结果显示,ICA的滤波效果要优于PCA,ICA滤波前后E、N、U三个方向RMS平均降低44.69%、26.94%、34.87%,不确定度分别降低37.43%,44.58%,55.86%,有效的降低了GNSS残差序列的发散性和速度的不确定度.