InSAR技术在南极地区的应用

南极与全球环境变化的关系受到了全人类的关注.空间对地观测技术的发展,为人类进一步认识南极打开了新的局面.合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）是近十年发展起来的极具潜力的空间对地观测技术,已经成为一种用于生成数字高程模型（DEM）地图制图及地表运动监测等的有效手段.通过Grove山地区的实例研究和分析,进一步肯定了InSAR在南极研究中不仅可以用于地图制图,而且在冰川动力学、冰貌环境变化等研究领域也有巨大的潜力.     

利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动

冰川运动是冰川及冰川湖危险性评估的重要依据。高分三号作为中国首颗民用星载合成孔径雷达卫星,因其全天时、全天候以及高空间分辨率的特点在冰川运动监测中有着重要优势。利用5景精细条带2成像模式的高分三号影像,应用偏移量跟踪技术监测了念青唐古拉山依嘎冰川在2017-11—2018-03期间4个时段的运动分布情况。通过与高分三号影像时间分布类似的两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果进行对比,并基于研究区基岩运动速度应为0的假设,计算了高分三号各个时段结果基岩区的速度残差,评估了高分三号影像在冰川表面运动监测中的适用性。高分三号监测结果表明, 4个时段依嘎冰川表面具有相似的流速分布,其表面速度最大处均分布在冰川表面高程变化最剧烈的中部,且与基于两景Sentinel-1影像的偏移量跟踪结果在总体强弱态势上吻合;各个时段高分三号监测结果基岩区速度残差的均方根误差分别为1.4 cm/d、2.0cm/d、1.7 cm/d、2.3 cm/d,验证了利用高分三号影像监测依嘎冰川表面运动的可靠性。以上分析结果表明,高分三号影像可作为冰川表面运动监测的常规数据来源之一。由于高分三号同时具有高空间分辨率和高性价比的特点,因此它能为中国冰川遥感监测发挥独特作用。     

卫星重力与卫星测高的研究进展

该文介绍了GRACE和GOCE重力卫星在地球重力场模型以及局部变化等方面的研究成果,介绍了卫星测高的检核与校验、全球和局部海平面变化监测、内陆湖和水库水位变化监测等方面的研究进展,对综合利用卫星重力、卫星测高以及合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)等技术方法监测冰川和冰盖变化的成果进行了介绍,重点介绍了南极冰盖变化监测的研究成果。对综合卫星重力、卫星测高、DInSAR、GNSS/水准、GNSS等多种技术在冰川冰盖、局部形变监测等方面的应用进行了展望。     

基于ALOS/PALSAR雷达干涉数据的中国西部山谷冰川冰流运动规律研究

中国西部山谷冰川相对于南极和格陵兰的冰川来说,一般规模较小,冰川周围地形变化大,冰流运动复杂,容易导致冰川表面的完全失相干,从而很难提取出山谷冰川的冰流速度.为了削弱常规干涉测量中时间和空间失相干问题对山谷冰川冰面运动速度提取的影响,采用2007-12-10和2008-01-25的一对时间间隔46 d的L波段ALOS/PALSAR雷达数据,利用两轨法差分干涉测量成功的获取了青藏高原冬克玛底冰川表面的冰流运动速度,并将所得结果与该地区利用1996年C波段的ERS tandem数据获取的结果进行了对比验证.研究表明对于中国西部无人区的山谷冰川来说,雷达差分干涉测量技术是获取其冰流运动规律的有效手段,另外,相同时间间隔的L波段SAR数据比C波段SAR数据在提取冰流运动信息方面更具优势.     

俄美科学家成功绘制南极冰川图

俄罗斯与美国一个环境联合工作小组近日成功绘制了南极冰川图,为今后各种南极科学考察活动提供了便利。     

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...     

武测科大第四次派员参加南极考察

我国第四次南极考察工作已全面展开,现正进入紧张的考察中。武汉测绘科技大学第四次光荣地承担了南极考察任务,已派讲师张松波同志参与考察。根据考察计划,他将在武汉测地所吕纯操同志及冰川组队员的配合下,进行如下课题的考察研究工作:1.菲尔德斯海峡地壳断裂形变网监测;2.地面摄影测量在南极冰川考察中的应用;3.长城站建筑物变     

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。     

利用新型C波段雷达卫星研究南伊内里切克冰川运动特征

利用新型C波段Sentinel-1卫星获取的2015年2月至2017年2月期间的影像数据,研究分析了天山中部南伊内里切克冰川不同时段的运动特征。利用偏移量追踪技术计算不同时间段冰川位移,首先采用三步配准的方法进行主辅影像高精度整体配准,然后基于归一化互相关（normalized cross correlation,NCC）算法通过调整窗口参数精确估算局部偏移量,进一步分离得到冰川移动信息。监测结果表明:（1）在空间分布上,狭长的冰舌区是冰川主要的高速流动区域,冰舌区底部流速小于上部,两侧流速小于中间,末端流速明显减缓。（2）在季节变化上,冰川运动速率与温度变化趋势一致,在5月至8月期间运动速率最快,沿剖面线的最高速率达49 cm/d;在11月至次年2月期间运动最为缓慢,速率为25~30 cm/d左右。（3）在年度变化上,2015年夏季的运动速率比2016年整体高约1~3 cm/d,其他季节则没有明显差异。与高分辨率L波段PALSAR-2影像的监测结果进行定量对比分析时,将冰舌区的像元进行抽稀后统计,得到两种数据获取的运动速率之差的均值为3.48 cm/d,标准差为±3.78 cm/d,证实了南伊内里切克冰川运动监测结果的可靠性。     

阿尼玛卿冰川表面流速与地质灾害隐患点监测

为了更好地开展冰川变化与地质灾害隐患的监测研究,该文基于Sentinel-1A数据,使用合成孔径雷达影像偏移量追踪技术和GACOS辅助下的小基线集-InSAR方法,对阿尼玛卿冰川表面流速及周边区域地质灾害隐患点进行了监测分析。结果表明：2015—2021年阿尼玛卿冰川表面流速先增加后减缓,在2018年达到了最大(6 m/a);冰川流速暖季(5—9月)大于冷季(10月—次年4月);地质灾害隐患点多集中于冰川两侧,其形变速率与冰川运动速率一致性较好,推测与冰川融水对岩土体稳定性的影响有关。该文的研究结果可为冰川融化引起的地质灾害的防灾减灾工作提供重要参考。     

利用SBAS-InSAR技术反演雅鲁藏布江色东普流域灾前冰川形变

本文基于30景Sentinel-1影像,首先采用SBAS-InSAR技术反演了2018年4-10月雅鲁藏布江色东普流域灾前冰川形变,并利用非冰雪覆盖的基岩区形变结果进行可靠性检验,得出均方根误差为9 mm,表明SBAS-InSAR技术应用于冰川形变监测具有较高的可靠性。然后分析了升降轨数据对不同坡向形变监测的敏感性,以及冰川碎屑流灾害发生前冰川形变的空间分布与时间演化特征。结果表明,冰川运动的主流线在东西坡交汇的中轴部,研究区平均形变量达-34.8 mm。在典型剖面上,随着海拔逐渐降低,冰川形变呈先缓慢减少,后快速增加,再缓慢减少的趋势,平均形变量为-50.1 mm。冰川碎屑流灾害发生前冰川形变已有明显的加速趋势,可为冰川灾害早期识别提供科学的数据支持。     

一种利用哨兵1号数据提取南极接地线方法

针对因IW工作模式数据在南极地区覆盖不全面导致对南极接地线的全面提取造成影响的问题,提出利用双差干涉测量提取接地线的基本原理,分别利用工作模式为IW和EW的Sentinel-1雷达卫星数据,对东南极毛德皇后地沿岸冰川接地线进行提取,将提取结果分别与MEa-SUREs接地线产品进行对比,同时再将这两种模式下的提取结果进行对比分析。结果表明,双差干涉测量可以去除冰流相位的影响,使用EW工作模式的Sentinel-1数据进行南极接地线提取可以忽略其地面分辨率较低这一缺陷,同时,这一模式的Sentinel-1数据在幅宽、南极覆盖范围等方面更具优势。因此,综合利用IW和EW工作模式的Sentinel-1数据,对南极接地线的全面、高效、长期动态监测具有重要意义。     

长城站建筑基础的沉降观测与分析

本文介绍了南极长城站冰川冻土层上的建筑物基础和设备基础的沉降观测工作。通过对观测数据的分析,给出了几点有关南极建筑施工的结论,供建站参考。     

用GPS技术监测南极大陆运动

通过与其他高精度测量技术比较，认为ＧＰＳ技术是用于南极大陆运动监测的最有力手段，在经过实际为数据处理之后，得出了一些旨在提高数据处理精度的建议。最后通过分析在南极这种特殊环境下影响的几个因素，得到了一 利于提高ＧＰＳ野我观测精度及数据处理精度的 。     

GPS技术在南极的应用

ＧＰＳ具有全球地面覆盖连续 ,功能多 ,精度高 ,实时定位 ,应用广泛等特点。从上个世纪 90年代初 ,我国将ＧＰＳ技术应用到南极科学研究中来。在第 17次南极科学考察中 ,采用ＧＰＳ技术开展了如下几个方面的工作 :长城站的国际ＧＰＳ联测和中山站的ＧＰＳ跟踪站。南极板块运动监测等地球动力学问题的研究是国际南极地学界多年来关注的大尺度、长周期研究计划 ,属于南极环境长期变化的研究范畴。从 1992年开始 ,ＳＣＡＲ组织协调十几个国家 30多个南极站参加每年一度的连续 2 2天的南极ＧＰＳ会战联测 ,我国从 1994年参加此项国际合作研究。…     

冰川流域孕灾环境及灾害的天空地协同智能监测模式与方向

随着中国西部暖湿化进程加快,冰川流域孕灾环境快速变化,冰川灾害多发频发.因冰川流域地形极端复杂、地表覆盖变化迅速,冰川流域灾害具有链式发展的特点且物源区远程高位、地势险峻,面向普通地质滑坡和露天矿边坡的天空地协同监测技术难以直接或有效应用.本文基于冰川流域空间环境与灾害的监测内容及技术难点,分析了可用的现代测绘遥感技术及其局限性.针对监测对象、几何要素和质量要求,提出了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测内涵,即平台协同、时间协同、参数协同和尺度协同,设计了任务驱动、知识引导的智能监测技术模式.面向3类基本监测任务,即个体冰川流域灾变过程情景模拟、冰川流域群孕灾环境差异分析与风险识别、冰川流域灾害事件应急响应,提出相应的天空地协同智能监测初步方案.最后,讨论了基于天空地协同的冰川流域孕灾环境与灾害智能监测关键问题,提出未来的工作方向.     

藏东南然乌湖流域雅弄冰川流速季节性变化

冰川流速是表征冰川运动的重要参数之一,对于冰川动力学、气候变化以及物质平衡等研究具有重要意义。冰川流速的影响因素多样,其中气象因子主要是通过改变冰川物质平衡、活动性以及水力特征来对冰川运动产生影响,所以冰川流速也可能与气象因子一样具有季节性差异。基于2017-11-06—2020-11-02期间31景哨兵1号(Sentinel-1)雷达影像,采用外部数字高程模型(digital elevation model,DEM)辅助的偏移量追踪法对中国西藏自治区昌都市八宿县境内然乌湖流域的雅弄冰川进行了冰川表面流速提取,并结合研究区冰舌面积变化以及气象因子(平均气温、降水量、降雪日数以及平均日照数)对雅弄冰川流速季节性变化进行了分析。结果表明:雅弄冰川流速分布呈现中上部流速高而下部流速低的特点,且冰川中部主流线流速明显高于两侧速度。30组冰川流速变化具有明显的季节性,夏季流速高而冬春季流速低。与流速变化相同,冰舌面积变化同样具有季节性差异,冬季面积明显大于夏季面积。与气象影响因子对比分析发现,气温、降水以及日照均对冰川表面流速具有正效应,促进冰川运动,而降雪抑制了部分热量及辐射传递,进而抑制了冰川融水过程,减缓了冰川运动。在气象因子影响力上,气温对冰川运动的效应最明显,降雨次之,日照影响最小。     

利用Landsat 8和TerraSAR-X影像研究老虎沟12号冰川运动特征

采用归一化互相关算法精确配准Landsat 8影像得到了2014年—2016年不同季节冰川的运动速率,并利用其热红外波段对不同时刻的地表温度进行反演;通过强度追踪法处理TerraSAR-X影像得到了2008年4月—10月不同时段的冰川运动速率。两种数据得到的结果表明:冰川末端流速较小,中部流速增大,流速从轴部向两侧递减;冬季流速明显小于夏季,变化趋势与温度变化具有一致性。冰川西侧分支的移动速率相对较大,从Landsat 8和TerraSAR-X提取的最大速率分别为2.56 m·d~(-1)和2.74 m·d~(-1)。最后对稳定区域的冰川流速进行统计,结果显示Landsat 8提取的冰川流速精度控制在1—9 cm d~(-1),基于TerraSAR-X的强度追踪法提取移动速率的精度控制在2cm·d~(-1),验证了两种数据监测冰川移动的可靠性。     

基于Worldview-3立体影像的南极1:5000数字地形图生产研究

在南极利用高空间分辨率遥感影像进行数字地形图生产具有航空摄影测量、全野外数字测图等方法不具备的大范围、短周期和低成本等优势。本文以南极恩克斯堡岛、北山麓和Priestley冰川、Nansen冰架交汇区域为实验区,采用World View-3立体影像进行南极1∶5 000数字地形图生产实验,形成了一套生产技术流程方案,并对生产技术流程方案进行精度检测,验证了该技术流程在南极1∶5 000数字地形图生产的可行性。最后对利用World View-3立体影像进行南极1∶5 000比例尺地形图产品生产存在的问题以及解决方法进行了简要论述,为后续南极大范围1∶5 000数字地形图生产提供参考。     

多源遥感数据在南极冰雪变化监测中的应用研究

正南极独特的地理环境和恶劣的自然条件给南极冰雪变化的系统研究带来了种种限制,直到卫星遥感技术的发展为相关研究提供了新的技术与方法。然而,在南极冰雪环境快速变化的前提下,单一的遥感传感器难以满足人类对南极的持续监测;因此,多源遥感数据在南极冰雪变化监测中的应用研究成为了南极科学研究与遥感技术研究双双发展的必然。本文使用光学遥感影像、主动微波遥感影像及被动微波遥感影像等多源遥感数据,分别在南极局部区域与