中国冰川区表碛厚度估算及其影响研究进展

表碛覆盖型冰川是中国西部分布较为广泛的冰川类型,其典型特征是冰川消融区部分或全部覆盖了一层厚度不一的表碛。与裸冰或雪相比,表碛覆盖层下冰的融化过程有独特性,表碛厚度空间分布对一条冰川的消融、物质平衡和径流过程的影响有别于无表碛覆盖型冰川。本文回顾了近年来表碛厚度分布及其影响的研究,通过对这些进展进行总结以进一步明晰表碛影响研究的方向;同时着重介绍了近期发展的基于遥感影像热红外波段和可见光近红外波段、大气—表碛层—冰川界面能量平衡过程的表碛厚度估算方法和表碛覆盖综合评估模型,结合地面观测,分析了以遥感反演的表碛层热阻系数表征表碛厚度的精度,介绍了这类模型在表碛覆盖型冰川物质平衡和径流研究中的应用效果,以及在综合评估流域/区域尺度表碛影响的应用情况,并分析了该模型存在的不足及进一步改进的研究方向,为实现中国西部区域表碛影响的系统评估奠定基础,从而提升对区域水资源和冰川灾害的模拟和预测能力。     

1990-2019年贡嘎山地区典型冰川表碛覆盖变化及其空间差异

表碛覆盖型冰川是中国西部较为常见的冰川类型。表碛层存在于大气—冰川冰界面,强烈影响大气圈与冰冻圈之间的热交换。表碛厚度的空间异质性可极大地改变冰川的消融率和物质平衡过程,进而影响冰川径流过程和下游水资源。基于Landsat TM/TIRS数据,运用能量平衡方程反演了贡嘎山地区冰川表碛厚度,研究了贡嘎山地区冰川在1990—2019年间表碛覆盖范围及厚度变化情况,同时对比了东西坡差异。结果表明：① 贡嘎山地区冰川表碛扩张总面积达43.824 km²。其中,海螺沟冰川扩张2.606 km²、磨子沟冰川1.959 km²、燕子沟冰川1.243 km²、大贡巴冰川0.896 km²、小贡巴冰川0.509 km²、南门关沟冰川2.264 km²,年均扩张率分别为3.2%、11.1%、1.5%、0.9%、1.0%和6.5%;② 海螺沟冰川、磨子沟冰川、燕子沟冰川、大贡巴冰川、小贡巴冰川、南门关沟冰川表碛平均增厚分别为5.2 cm、3.1 cm、3.7 cm、6.8 cm、7.3 cm和13.1 cm;③ 西坡冰川表碛覆盖度高,表碛覆盖年均扩张率低,冰川末端退缩量小;东坡冰川表碛覆盖年均扩张率高,但表碛覆盖度总体低于西坡,冰川末端退缩量大。     

融合Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像的扎龙湿地信息提取

以黑龙江流域中的扎龙湿地及其上游区域为研究区,将Sentinel-2红边波段和Sentinel-1雷达波段影像数据相结合,根据面向对象原理,采用随机森林算法,对研究区的湿地进行遥感分类和信息提取;利用3种特征变量集,进行实验对比,研究红边波段反射率和雷达后向散射系数对湿地信息提取的作用。研究结果表明,红边波段反射率和雷达后向散射系数对土地覆盖分类精度的提高起到了重要作用,两者结合得到的分类结果的总体精度达到了88.72%,Kappa系数为0.87,其中,水体、水田和沼泽的用户精度分别为100%、98.18%和91.37%。利用红边波段和雷达波段影像数据,分别使土地覆盖分类总体精度提高了5.26%和2.51%,红边波段影像数据对沼泽提取精度的提高贡献最大,使生产者精度提高了12.5%。     

1990—2015年喜马拉雅山冰川变化的遥感监测

基于Landsat系列遥感数据,运用比值阈值法（B3/B5）和目视解译,研究1990—2015年喜马拉雅山冰川面积的分布与变化特征。结果表明：25年间研究区冰川面积共减少2553.10 km²,年均退缩率为0.44%/a,研究时段冰川加速退缩。研究区冰川主要分布在西段地区,中段次之,东段最少,近25年来西段、东段和中段地区冰川均表现为退缩趋势,其中东段地区退缩最快,中段最慢。从地形分布和变化特征看,5°~25°范围内冰川的分布面积较多,近25年来各坡度等级冰川均在退缩,其中25°~30°之间冰川面积退缩较快,在极平缓/极陡峭地区退缩较慢。尽管8个坡向上冰川均表现为退缩趋势,但退缩幅度有所差异,北坡与西北坡冰川退缩较慢,其他坡向退缩较快。研究时段表碛物覆盖型与非表碛物覆盖型冰川均在退缩,但后者的退缩幅度较大,表明研究区表碛物在一定程度上抑制了冰川消融。     

基于Landsat 8 OLI数据与面向对象分类的昆嵛山地区土地覆盖信息提取

利用2015年Landsat 8 OLI遥感影像和DEM作为分类数据源,结合野外调查数据,采用面向对象的分类方法对昆嵛山地区土地覆盖信息进行提取,并对分类结果进行精度评价与比较分析。研究表明：面向对象分类方法提取的各地类连续且边界清晰,分类效果与实际情况基本吻合。昆嵛山地区占主导地位的土地覆盖类型是针叶林,面积为1 546.81 km²。研究区土地覆盖分类的总体精度和Kappa系数分别为91.5%和0.88,其中针叶林、草地、水体和建设用地的生产者精度均达到87%以上。相对于监督分类方法,本研究提出的土地覆盖信息提取方法的总体分类精度和Kappa系数分别提高14.7%和0.17。基于面向对象的中分辨率遥感影像,能够获取较高精度的土地覆盖信息,为大范围土地覆盖分类研究提供方法参考。     

近40 a来天山台兰河流域冰川资源变化分析

台兰河流域作为阿克苏河的支流,是以冰川融水补给为主的河流,流域面积为1 324 km²。结合1：5万地形图、Landsat ETM+遥感影像及数字高程模型数据,通过综合计算机自动解译及目视解译的方法,将面向对象图像特征提取方法应用到该流域冰川信息提取中,并以影像叠加数字高程模型来提取表碛覆盖区的冰川末端边界,最后参照专家指导意见进行边界的再次修订,得到1972~2011年该流域的冰川变化数据,并分析了过去近40 a来冰川变化特征及其对气候变化的响应过程。结果表明：1972~2011年,台兰河流域冰川退缩明显,冰川总面积从435.44 km²退缩到385.38 km²,减少了50.06 km²,退缩率为11.50%,年均减少约1.25 km²,平均单条冰川面积减小0.31 km²;冰川总条数从113条减少到109条,消失冰川10条,有3条冰川分离成了9条,其余100条冰川都呈减小趋势。结合阿克苏和拜城气象站气象资料分析认为,台兰河流域冰川萎缩与该地区气温快速上升关系密切,气温上升导致的冰川消融在一定程度上抵消了降水增加对冰川的补给。     

扎龙湿地水体遥感提取过程中云阴影去除方法研究

以扎龙湿地为研究区,利用空间分辨率高、纹理信息丰富、定位精度高和购买价格相对低廉的ALOS遥感影像,测定了研究区水体等5种典型地物和云阴影的波谱亮度值;根据水体和云阴影的光谱特征,利用阈值法对近红外波段ALOS影像进行阈值处理,将包含云阴影信息的水体信息提取出来;基于ALOS彩色影像,再采用决策树方法自动提取湿地水体信息,同时将云阴影信息去除,并再补充提取因去除云阴影而损失的水体信息;与目视解译结果相比,用本研究方法得到的研究区湿地水体信息精度高于85%。近红外波段阈值法和彩色影像决策树法相结合的方法是一种能有效去除云阴影而高精度获取湿地水体信息的方法。     

2000—2014年喀喇昆仑山音苏盖提冰川表面高程变化

喀喇昆仑山区冰川由于存在正物质平衡或跃动、前进现象,被称之为“喀喇昆仑异常”,不过该地区冰川变化差异显著,尤其是大型表碛覆盖冰川,呈现与其他类型冰川明显的差异性响应,为理解喀喇昆仑冰川异常的机理,冰川尺度的详细变化研究十分必要。音苏盖提冰川位于喀喇昆仑山乔戈里峰北坡,是中国面积最大的冰川,是典型的大型表碛覆盖冰川。通过应用TanDEM-X/TerraSAR-X（2014年2月）与SRTM-X DEM（2000年2月）的差分干涉测量方法计算音苏盖提冰川表面高程变化,并结合冰川表面流速对冰川表面高程变化和跃动进行分析和讨论。结果表明：2000—2014年音苏盖提冰川表面高程平均下降了1.68±0.94 m,即冰川整体厚度在减薄,年变化率为-0.12±0.07 m·a^-1。冰川表面高程变化分布不均,其中南分支（S）冰流冰川整体减薄较为显著,冰川南分支冰流运动速度较快,前进/跃动的末端占据了冰川的主干,阻滞原主干冰川物质的向下运移（跃动）,导致原主干冰舌表面高程上升;冰川厚度减薄随着海拔升高先下降后保持稳定,同时呈现一定的波动性;低海拔表碛区域消融大于裸冰区,可能存在较薄表碛,因热传导高、覆盖大量冰面湖塘和冰崖存在,加速了冰川消融;在坡度小于30 °的区域,冰川厚度减薄随着坡度的减小而加剧;坡向朝南冰川厚度略微增加（0.01 m）,西南坡向冰川厚度略微减薄（-0.03 m）,其他坡向冰川厚度减薄明显。近14 a来,表碛覆盖的音苏盖提冰川表面高程整体下降表明物质处于亏损状态,冰川跃动导致局部冰川表面高程的增加。     

利用面向对象的信息提取技术进行城市用地分类

针对城市用地分类问题,利用面向对象的高分辨率影像信息提取技术,对高分辨率影像进行影像分割,寻找影响对象提取精度的最优分割尺度,在得到最优分割尺度的基础上针对研究区城市用地的特点,有针对性地建立不同对象的提取规则,实现对目标对象的信息提取,从而形成最终的城市用地分类图,并将其与基于像元的光谱信息分类的方法进行对比,结果表明:视觉方面,面向对象信息提取技术克服了监督分类最大似然方法仅利用光谱信息分类的缺陷,充分考虑了像元间的空间关系特点,有效消除了"椒盐"噪声的影响;精度方面,面向对象信息提取技术的总体精度高达86.1166%,比最大似然法的总体精度提高了9.8851%,KAPPA系数也高达0.8131。     

集成Sentinel 1/2卫星影像的哈尼湿地森林沼泽制图研究

森林沼泽作为独特的湿地类型,对区域碳循环和生物多样性保护具有重要作用。以吉林省哈尼湿地为研究对象,集成应用Sentinel-1雷达和Sentinel-2多光谱影像,充分挖掘Sentinel-1多极化波段特征和Sentinel-2红边指数对森林沼泽遥感识别的潜力,应用随机森林方法实现哈尼湿地森林沼泽分布信息的提取。结果表明:当森林沼泽信息提取最优决策树数目为1200,融合Sentinel-1 VV与VH后向散射系数雷达波段特征与Sentinel-2红边波段特征能显著提高森林沼泽分布信息的提取精度,保护区森林沼泽信息提取总体精度与Kappa系数分别高达89%、0.85,提取质量相对较高。哈尼湿地景观类型多样化,天然湿地、人工湿地与非湿地景观类型并存。在天然湿地类型中,森林沼泽面积最大,为27.1 km^(2),占保护区总面积的11.2%;河流面积最小,为0.7 km^(2),占保护区总面积的0.3%。森林沼泽提取方法为哈尼湿地的可持续管理提供数据支持,也为其他地区森林沼泽制图提供案例指导。     

面向对象的干旱区盐渍地信息提取方法研究

随着高分辨率遥感影像的广泛应用,面向对象的高分辨率遥感影像信息提取技术得到了迅速发展。本文针对高分辨率遥感影像的盐渍地信息提取,探索了面向对象的信息提取技术运用在盐渍地信息提取方面的最优参数选择和规则建立等关键技术,并且将从ALOS影像中提取盐渍地信息的结果与传统分类方法的提取结果进行对比分析。结果表明,利用面向对象方法的盐渍地信息提取总体精度为89.38%,较传统方法提高8.24%,Kappa系数为0.88,较传统方法提高0.08。该方法能实现较为精确地提取盐渍地信息,在高分辨率遥感影像盐渍地信息提取中具有一定的优势。     

基于无人机摄影测量的梅里雪山明永冰川末端表面高程动态监测

位于横断山区的梅里雪山地区,受地形与气候的影响,该地区光学遥感及微波遥感应用较为受限。论文基于大疆精灵4RTK无人机搭配中海达UBase,于2018年11月9日和2019年11月12日对梅里雪山地区明永冰川末端开展了2期摄影测量,估算冰川消融区表面高程变化,监测冰川动态变化。研究结果表明:冰川区表面形态在不同位置有显著差别,航测冰川区中下部大量表碛覆盖,有少量沿冰川主流线方向发育的裂隙;航测冰川区中上部表碛覆盖较少,大量横向裂隙发育。2018年11月至2019年11月,明永冰川末端表面高程平均变化-1.67 m。冰川表面高程变化空间分布差异显著,在航测冰川区上部高程差存在正负交替现象,航测冰川区中部以减薄为主,而航测冰川区下部以增厚为主。与高亚洲地区其他山系冰川变化对比,梅里雪山地区是冰川表面高程变化最显著的地区。     

近30年珠穆朗玛峰国家自然保护区冰川变化的遥感监测

利用1976、1988和2006年的3期陆地卫星遥感数据,采用面向对象的解译方法并结合专家知识分类规则自动提取珠穆朗玛峰国家自然保护区(以下简称珠峰保护区)3个时期的冰川信息,并利用遥感、地理信息系统和图谱的方法对冰川时空分布特征和变化及其原因与不确定性进行了分析。结果如下:(1)2006年珠峰保护区内冰川面积为2710.17±0.011km²,为研究区总面积的7.41%,主要分布在研究区南部海拔4700～6800m的高山区;(2)1976-2006年,珠峰保护区冰川持续退缩明显,总面积减少501.91±0.035km²,冰湖扩张迅速(净增加36.88±0.035km²);研究区南坡子流域冰川退缩率(16.79%)高于北坡子流域(14.40%);珠峰保护区冰川以退缩为主,退缩冰川主要分布于海拔4700～6400m,退缩区上限海拔为6600～6700m;(3)1976年以来,气温显著上升和降水减少是冰川退缩的关键因素。     

河西走廊山洪灾害危险度区划

探究河西走廊山洪灾害危险性分布特征,可为该地区山洪灾害监测、预警和防治工程规划提供科学支持,对保障地区人民生命财产安全具有重要的社会意义。从河西走廊山洪灾害防治及预警角度出发,根据河西走廊山洪灾害发生的机制,选取高程标准差、坡度、植被覆盖度、降水、河网密度、泥石流沟密度6个影响因子,以Arc GIS和IDRISI为平台,构建河西走廊山洪灾害危险度区划多准则决策支持模型,完成了河西走廊山洪灾害危险度区划图。结果表明:河西走廊山洪灾害危险度与6个危险因子是函数关系。其中,高程标准差、坡度和植被覆盖度与危险度呈多项式分布,降水、河网密度和泥石流沟密度则与危险度成正相关性;河西走廊山洪灾害极高度危险区460 km~2,占研究区总面积的3.12%;高度危险区1383.76 km~2,占研究区总面积的7.54%;中度危险区2166.85 km~2,占研究区总面积的11.26%;低度危险区154 787.63 km~2,占研究区总面积的65.01%;极低度危险区33 847.89 km~2,占研究区总面积的13.07%。     

基于无人机影像的冰面流速与高程变化提取方法

无人机遥感能够获取高精度、高分辨率的冰川表面三维形态,有助于揭示冰川的运动和消融变化,现已成为冰川变化监测的重要技术支撑.针对无人机高分辨率影像能够有效识别表碛覆盖型冰川表面细节特征点的优势,本文引入金字塔影像集和最小二乘匹配方法联合开展特征点的追踪,用以实现冰川表面特征点三维位移场提取和动态变化分析.以贡嘎山贡巴冰川...     

基于单极化TerraSAR-X影像提取建筑区研究

基于多时相单极化TerraSAR-X影像,提取后向散射系数特征影像、变差函数纹理特征影像、干涉特征影像,并对其波段组合,在基于eCognition软件多尺度分割的基础上,选择训练样本对象,充分挖掘样本对象的光谱、纹理特征信息,通过建立特征分离性指标,降低特征维数,最后应用面向对象的分类方法实现了建筑区的自动提取,提取精度达93.50%。这一研究表明特征组合影像具有较大的分割优势,特征的优化选择在减少特征冗余的同时维持了较高的信息提取精度,且弥补了eCognition软件纹理特征计算慢的不足。     

近20年广西北部湾滨海湿地时空格局变化研究

基于面向对象的信息提取方法,利用1990、2000和2010年Landsat TM遥感影像数据,提取北部湾滨海湿地信息,并对其空间分布及其变化进行研究。结果表明:基于面向对象法提取出的研究区3个时期滨海湿地分类总精度分别为91.02%、89.06%和89.84%,kappa系数均达到0.80以上;3个时期自然湿地在湿地类型构成中占绝对优势,其面积占湿地总面积的比例分别为66.96%、65.65%和64.90%;1990-2010年,研究区滨海湿地面积呈平稳增长态势,其面积由3 138.08km2增加到3 165.77 km2;湿地类型中养殖水面增幅最明显,其面积比重由1990年的3.19%增加到2010年的6.15%。1990-2010年,研究区滨海湿地变化明显,湿地之间、湿地与非湿地之间的相互转化频繁,受人为活动影响干扰突出。     

基于Landsat-TM和MODIS的非洲水体分布格局研究

卫星遥感是进行洲际或者全球尺度内陆水体信息提取的最有效、最为切实可行的技术手段。作为全球水资源较为匮乏的大洲,以遥感技术进行非洲内陆水体信息提取研究具有重要的应用价值。文章以2010年Landsat TM/ETM+卫星遥感影像数据为基础,辅以MODIS遥感影像,基于面向对象的分类方法,选用归一化差值水体指数（Normalized Difference Water Index,NDWI）及波段组合（Band 4/Band 2）进行水体信息提取。并根据不同气候区,选取4个典型区,监测年内水体的变化情况。结果表明：1）非洲内陆水体面积为311 479.2 km2,其中湖泊总面积为209 018.5 km2,占水体总面积的67.1%;河渠总面积64 550.1 km2,占20.7%;水库坑塘总面积37 910.7 km2,占12.2%。非洲拥有水库211个,总面积13 438.7 km2。2）撒哈拉以南的非洲是水体主要的分布区,统计分析表明约97%的水体分布在该地区。3）热带沙漠气候区湖泊面积呈减少趋势,热带草原气候区湖泊受干湿季节影响上下波动较大,热带雨林气候区和地中海气候区湖泊面积变化较小,总体上4个典型区水体面积变差系数＜10%。     

一种自适应阈值的水体信息提取方法研究

遥感信息中水体信息提取会受到暗色地物和阴影的影响从而导致精度不佳,同时传统的全局阈值提取方法也会造成水体细节信息提取不够精确。基于此,论文以Landsat 8多光谱影像为数据源,提出一种改进的水体指数(NIWI)算法,该方法不仅能增强水体信息,同时借助四叉树图像分块算法与改进的OSTU结合粒子群算法(PSO)高效确定最佳阈值从而得到水体信息。并将文中方法与多波段谱间关系法、归一化水体指数法(NDWI)等传统方法进行综合比对。结果表明:改进的水体指数应用于综合改进的OSTU算法能够高效准确地进行水体信息提取,针对本文实验区域水体提取精度分别可达96.8%和97.7%,为水体信息提取、土地利用调查等提供数据参考。     

扎龙湿地土地利用信息提取方法研究

利用2015年4~11月8景C波段Rardarsat-2影像SGX产品数据和2015年9月10日Landsat 7的7个波段的反射率数据,采用面向对象分类方法,获得8个日期的扎龙湿地淹水区,计算出淹水频次;选取的19个特征变量分别为Landsat 7影像的1波段~7波段的反射率、归一化植被指数、二阶距、对比度、相关性、差异性、能量、同质性、中值、HH和HV极化波段的后向散射系数、淹水范围和淹水频率,采用随机森林算法,提取扎龙湿地的土地利用类型信息。研究结果表明,有淹水频率参与的分类精度为91.73%,无淹水频率参与的分类精度为76.49%,精度提高主要体现在沼泽湿地与草地的分类上。本研究为准确地更新湿地基础信息提供了方法示范。