无人机在冰川复杂地形监测中的应用

冰川作为冰冻圈核心要素之一, 是气候变化的天然指示器。通过监测冰川变化, 可以了解局地或全球气候波动, 无人机飞行测量技术是当代冰川观测研究的重要监测技术。选取玉龙雪山白水河1号冰川为研究区, 利用无人机低空飞行航测, 获取冰川末端分辨率为0.09 m的正射影像和数字地表模型（DSM）。将正射影像与高分一号影像、 Google Earth提供的Pléiade影像进行对比分析, 结果表明： 空间上, 无人机航测正射影像能较好的与高分一号、 Pléiade影像产品进行匹配。高分辨率无人机航测影像, 能够很好地表达冰面地形和一些微地貌特征。同时, 无人机航测构建的空间分辨率为0.09 m的DSM模型, 对冰面地形特征反映地更为详尽和准确。此外, 本次航测结合历年卫星遥感数据和地形图资料表明： 自1957年至2018年5月, 白水河1号冰川末端平面距离累积退缩达（646.27±12.04） m。无人机技术在复杂地形、 多云天气、 人工观测难的冰川环境中开展摄影测量具有很大应用前景。通过冰川末端无人机航测实地验证, 将为下一步整条冰川物质平衡的监测和计算提供技术和方法支撑。     

玉龙雪山白水河1号冰川消融期表面流速特征分析

2016年7月15号在玉龙雪山白水河1号冰川表面布设了16根花杆（stakes）,建立了冰川运动速率观测网;用TrimbleGeoXT型手持差分GPS对花杆位置坐标进行测量,获取了2016年7月-10月玉龙雪山白水河1号冰川花杆的观测数据,并分析其表面运动特征。结果表明：冰川运动速度方面,横剖面上由主流线附近向两侧变小;纵剖面上由末端到冰川粒雪盆逐渐减小,与一般山岳冰川的运动规律不同;冰川运动方向上,速度矢量大多沿主流线向下运动或者稍微偏离主流线一定方向;冰川的运动速度与冰川的消融速度变化不同步,相比之下运动速度的变化有一定的滞后性;强烈发育的冰裂隙分隔了两侧的冰体,影响了冰川的整体运动方式,使该冰川的运动方式较为特殊。冰川末端退缩速度不断加快且退缩趋势将持续。     

Application of UAV equipped with high resolution sensors in fine topographic mapping北大核心CSCD

无人机搭载高分辨率传感器,获取的正射影像和数字表面模型(DSM),能够很好的反映精细地形表面特征。本文以藏东南地区雅弄冰川末端为研究区,利用M300 RTK无人机搭配睿铂M6P量测型相机,获得了地面分辨率为1.5 cm的正射影像及DSM。与航天遥感数据Planet影像和数字高程模型TanDEM相比,无人机航测获取的正射影像、DSM在提取冰川边界、冰川表面形态上具有较大优势。本文利用坡度阈值法、R成像波段阈值法,能够有效提取冰裂隙、冰面湖的分布,且自动提取误差小于10%。因此,无人机航测获取冰川区精细地形在未来冰川研究中具有非常大的潜力,尤其是提取冰面特殊形态,研究微尺度地形对冰川变化的影响。     

中国境内冰川成冰作用的研究进展

冰川是由降雪积累形成,具有一定规模且运动着的自然冰体,是气候变化最敏感的指示器。从雪演化成冰的过程、机理和结果统称为成冰作用。成冰作用的研究可以揭示冰川的发育条件、形成过程和物理特征等;成冰作用的空间变化又是冰川变化的一种反映,对气候变化具有很好的指示作用。中国境内冰川的成冰作用研究开始于1962年谢自楚等对天山乌鲁木齐河源1号冰川开展的成冰作用研究,随后不同学者对祁连山等地区冰川的成冰作用亦进行了研究。随着研究的深入和发展现已形成具有中国特色的冰川成冰作用概念。主要回顾了冰川成冰带研究的发展历程和在中国的发展状况以及自20世纪60年代开始中国境内祁连山、天山、阿尔泰山、西昆仑山、喜马拉雅山、藏东南地区和横断山区冰川的成冰作用研究的主要成果,展望了今后冰川成冰作用研究的发展及其重要意义,并提出了以前研究中存在的缺陷和不足以及今后在成冰作用研究中应该注意的问题。     

山地冰川平衡线高度作为气候变化代用指标的讨论

对以平衡线高度作为气候变化代用指标的理论依据进行了讨论,依据天山乌鲁木齐河源1号冰川的大量观测资料,建立和完善现代冰川平衡线高度与气候统计关系,从传统方法以区域范围内气候因子为参数改造为以冰川范围内气候因子为参数,通过检验认为改造后的公式比较合理.将公式外推到小冰期第二次冰进时的1号冰川,并运用侧碛垄最大高度法确定了小冰期第二次冰进时冰川的平衡线高度,给出了该次冰进时气候条件的半定量推算结果.证明利用山地冰川平衡线高度作为气候变化的代用指标,并且对气候状况进行半定量推断是可行的.     

冰川运动速度研究： 方法、 变化、 问题与展望

冰川运动将积累区获得的物质输送到消融区, 维持着冰川的动态平衡。近年来, 随着气候变化, 全球大部分冰川面临着剧烈的退缩, 而冰川运动变化则较为复杂, 引起了学者们的广泛关注。文章系统总结了近年来冰川运动速度的提取方法、 冰川运动速度时空分布与变化及其影响因素的相关研究进展。另外, 还探讨了目前冰川运动速度研究中存在的问题和未来的发展趋势。结果表明： 基于测杆的方法能够获得精度较高的测量数据, 但存在时间和空间上的局限性; 基于遥感数据自动化提取的方法应用广泛, 但影像之间的配准以及海量数据的计算是当前阶段制约冰川运动速度研究的主要问题; 近年来, 无人机和地基合成孔径雷达的应用为冰川运动速度研究提供了高精度的数据支撑, 但二者在冰川运动研究中的应用还不够广泛。冰川运动速度的分布及其变化在空间上存在明显差异, 冰川厚度的变化可能是全球大部分冰川运动速度变化的主要原因, 但在单个冰川系统上, 冰川运动速度变化较为复杂, 其原因还需要进一步探讨。遥感数据的不断丰富, 云计算平台的使用, 物联网、 无人机和地基合成孔径雷达等技术的不断普及, 以及星、 空、 地协同观测的出现将会极大促进未来冰川运动速度研究的发展。此外, 冰川动力学过程也将备受关注, 成为未来冰川运动研究的热点问题。     

东天山博格达峰地区四工河源冰川的粒雪特征(英文)

1981年夏天对东天山冰川进行了粒雪层研究。 本文系通过对从冰川上取得的雪-冰岩芯进行分析来解释长期气候变化的初步研究。粒雪岩芯取自博格达峰北坡D-4冰川和乌鲁木齐河源1号冰川西支,深度为表面以下2—6米,工具为手摇钻。 对冰雪样品进行了地层学描述和物理性质测量,还做了氧同位素含量分析。应用这些资料,试图就年层的估算和附加冰的形成给予地层学解释。在D-4冰川几个不同点上,发现年净平衡的在1000毫米附近变动,和以前在邻近冰川区得到的降水量相比是一个意外的值。 用花杆法在D-4冰川上测量了物质平衡,发现在最暖季节,该冰川的物质平衡与海拔高度之间具有线性关系。     

祁连山老虎沟12号冰川雷达测厚和冰下地形特征研究

冰川地形是构建冰川流动模型的基础,对于认识冰川响应气候变化的动力机制具有重要意义.在2009年和2014年消融季,使用探地雷达对祁连山老虎沟12号冰川进行了厚度测量和冰下地形观测,获得了沿冰川中流线和多条横剖面的厚度资料,并对中流线上的厚度分布特征和槽谷形态进行了研究.研究结果表明,东、西支冰川的平均厚度分别为190m和150m,东支冰川冰下地形起伏大于西支,支冰川的表面坡度都较缓和.东、西支冰川进入汇合区时厚度分别为122m和157m,由于支冰川的横向挤压和汇流,汇合区中部冰川厚度增加到162m.冰川槽谷形态具有空间差异,东、西支冰川槽谷形态近似于对称的V型,但是在冰川汇合区,槽谷底部变宽,边坡变缓,发育有不对称槽谷.     

1959-2017年天山乌鲁木齐河源1号冰川流域径流及其组分变化

冰川是气候变化的指示器,气候变化对冰川及其径流的影响研究是目前国内外关注的热点和前沿领域之一,目前的研究以模拟为主,实测资料十分有限且不确定性很大。以新疆天山乌鲁木齐河源1号冰川（简称“1号冰川”）流域为例,基于中国科学院天山冰川观测试验站1959-2017年观测数据,研究了中国西部典型小型冰川流域径流及其组分长期变化以及对气候变化的响应,为冰川径流长期变化过程的认识提供重要参考。结果表明,1号冰川流域径流主要由冰川径流和非冰川区降水径流组成,分别占70%和30%。其中冰川径流又可分为冰川区降水径流和冰川融水径流,分别占44%和26%。59年间,冰川径流整体呈上升趋势,在1992年之后出现了一个阶梯式的上升,与气温升高和降水的增加有关,1997-2007年达到高峰,2008年以后出现波动下降趋势,其原因除了与该时段的降水有所减少有关之外,冰川面积减小的影响也不可忽视。另外,还利用实测径流和冰川物质平衡值,通过水量平衡模型,检验了模型使用的冰川区和非冰川区径流系数。     

青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川变化研究

小冰川对气候变化非常敏感,监测与定量评估此类冰川变化有助于理解冰川对气候变化的响应幅度与机制。本研究结合多源遥感数据(卫星遥感与无人机航测),分析了近50年来青藏高原念青唐古拉山廓琼岗日1号冰川面积变化趋势,定量评估了该冰川近期的冰面高程变化幅度与空间分布。结果表明,1968—2021年廓琼岗日小型冰斗冰川的面积从(1.444±0.013) km²缩减至(0.712±0.001) km²,萎缩幅度达到50.7%,冰川末端退缩平均速率约为(6.23±0.71) m·a^-1。基于2020—2021年高精度无人机航测数据发现,廓琼岗日1号冰川冰面平均高程差达到(-2.41±0.69) m,冰川末端高程变化大于3 m,中部的冰面高程下降幅度在1.5～3 m之间。研究还发现冰川表面河道对冰面高程空间变化起着重要作用,该冰川表面共发育有13条表面河道,2020—2021年河道向西北方向偏移约2 m。冰面河道的向下侵蚀与侧向消融导致末端冰面高程变化呈现显著的空间差异。     

面向对象-改进冰雪指数法消除冰湖干扰提取冰川边界的优越性分析——以各拉丹冬冰川为例

冰川作为气候变化的重要指标器,其范围监测对区域生态环境以及人类社会生活具有重要意义。目前基于遥感技术的冰川范围监测应用广泛,然而传统遥感监测方法中冰雪指数阈值法的提取结果存在无法区分冰川与冰湖的现象,面向对象分类法受地物光谱纹理信息限制无法避免同谱异物现象的出现。为弥补上述不足,提出一种可区分冰湖与冰川的改进冰雪指数,并将其融入面向对象分类法中,构建了一种面向对象-改进冰雪指数法。将各拉丹冬冰川作为试验区（该地区冰川表面洁净）,运用面向对象-改进冰雪指数法识别冰川边界,使用青藏高原冰川数据产品及常规遥感监测方法的提取结果作为参考数据,以验证此方法的有效性和稳健性。结果表明：面向对象-改进冰雪指数法综合了改进冰雪指数阈值法以及面向对象分类法的优点,冰川范围提取精度高达97.26%,与冰雪指数阈值提取结果相比精度提高了0.12%,与面向对象分类法提取结果相比精度提高了0.38%。此方法不仅有效地解决了地物错分的问题,还实现了冰川边界的精确识别。     

纹理特征辅助的S AR影像冰川识别

青藏高原的冰川监测对气候变化研究有着重要的意义,通过遥感图像可以大范围长时间的监测冰川的变化,识别冰川边界是研究的重点。为了研究SAR影像纹理特征在冰川识别中的作用,以喀喇昆仑山地区的克勒青河上游为研究区,利用2018年Sentinel-1A数据进行干涉处理得到相干系数,然后基于相干系数提取了均值、方差、同质性、反差、相异性、熵、相关性共7种纹理特征,并对不同纹理特征组合之间的提取效果进行了比较。结果表明VV极化方式下均值、方差、同质性、相异性的特征组合冰川识别效果最好。据此提取了克勒青河上游区域的冰川边界,最高精度达到91.36%,该方法明显优于基于相干系数图的阈值分割法和基于光学影像的波段比值法,冰川识别精度提高了约2%。     

冰川表面水文过程研究进展

冰面水文过程是冰川径流过程的重要组成部分,对于冰川运动与物质平衡具有重要影响。冰川表面在太阳辐射、冰川物理性质、冰面地形和成冰带空间分布等多种因素影响下消融,形成以冰面水系为主线,锅穴、冰裂隙、冰面湖等为端点的冰面融水输送与分配体系。深入理解冰面水文过程,掌握冰川表面融水的输送、存储与释放,对于研究短时间尺度的冰川融水径流过程、探索冰川动态响应机理具有重要意义。总结回顾了目前国内外冰面水文过程的研究现状,提出了该领域有待解决的主要科学问题。     

山地冰川储量估算方法研究进展

冰储量数据是预测冰川及海平面未来变化的初始参量,对其研究具有重要的理论与现实意义。目前冰储量估算的主要方法有实地测量法、经验公式法和物理分析法。系统分析和讨论了此三类估算方法的原理、发展现状及存在的问题,为山地冰川储量估算及冰川变化模拟研究等提供了方法参考。实地测量法估算精度高,适合中小型冰川的长期监测;经验公式法简单快速,适合大区域或全球性的冰储量估算;物理分析法相对复杂,优点是无需实测冰厚资料输入。机载测厚雷达、无人机等器测技术以及人工神经网络等理论模型为山地冰川储量估算的发展提供了新契机。     

天山乌鲁木齐河源1号冰川东支顶部出现冰面湖

天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)是天山冰川观测试验站进行长期观测试验的冰川之一,是国际冰川监测网中亚洲中部干旱半干旱区冰川的代表,一直为世界冰川监测服务处(WGMS)选定的全球十条代表性冰川之一.其基本观测资料被定期刊登在由国际水文协会雪冰委员会、联合国环境规划暑以及教科文组织(IAHS(ICSI)UNEPUNSCO)主办的数种资料报告上,被广泛推介于环境与全球变化研究,并曾为IPCC报告所引用.近年来天山冰川站加强了对雪冰转化物理化学过程的研究,在积累区开展全年度的观测取样工作.     

离子色谱法测定冰川雪冰样品中阴离子含量不确定度评定

雪冰内化学成分的记录为全球变化的各个方面,如气候变化、生物地球化学循环、人类活动、地质和宇宙事件等诸多科学命题的研究提供了直接或间接依据,这些化学成分记录主要包括雪冰内的稳定氢氧同位素、重金属、微粒、气溶胶、黑炭、离子等.雪冰内的离子化学成分的研究在冰川雪冰化学研究中具有重要的地位.为了更为准确地反映冰川雪冰内的记录信...     

基于GF-1卫星遥感的冰川边界识别

高分一号（GF-1）卫星的成功发射开启了国产高分辨率对地观测的新时代, 为探讨国产高分卫星在冰川边界识别中的有效性, 在缺少短波红外和热红外波段的情况下, 将GF-1影像、 建立的波段比值Band1/Band4, 数字高程模型和坡度相结合, 采用面向对象的分析方法, 经过反复试验, 确定影像分割和合并尺度, 进而确定冰川边界的知识规则, 最终实现冰川边界的识别。以研究区第二次冰川编目数据集作为参考数据, 采用混淆矩阵的方法对识别结果进行验证, 总体精度和Kappa系数为90.05%和0.79。同时将识别结果与人工修订冰川边界进行对比, 可以发现除少量冰舌末端冰川外, 该方法可以有效地对冰川进行识别。建立的知识规则显示仅仅利用蓝色波段和DEM就可以有效地提取裸冰区, 波段比值、 坡度和纹理特征更有助于冰舌的提取。该研究表明GF-1卫星数据可以有效识别冰川范围, 为冰川研究提供可靠的数据和研究基础。     

42a来天山乌鲁木齐河源1号冰川变化及趋势预测

1959-2000年间天山乌鲁木齐河源1号冰川发生了显著变化,冰川物质平衡累计达-7976.0mm,冰川末端退缩171.06m,冰川面积缩小0.217km²,冰川厚度平均减薄8.86m,冰储量减小21.9×10⁶m³,冰川运动速度平均减小39.3%,冰川成冰带谱上移,冷渗浸重结晶带消失.从冰川物质平衡反映的气候变化趋势推测,1号冰川要扭亏为盈,改变已有的巨大的物质亏损(-7976.0mm),除非要连续21a出现42a来最大正平衡(+374.0mm).已有的观测研究表明,这种情况不大可能出现,1号冰川目前的退缩趋势还将持续相当一段时间,至少在未来20～30a内不会出现明显的前进.从树木年轮反映的冷暖气候变化周期性推测,目前正处小冰期以来第三个温暖期.若这次温暖期重现62～67a周期的情况,则温暖气候还将持续20～30a左右.可见1号冰川至少还将持续退缩20～30a.     

基于高分卫星数据的冰川长度综合提取方法

冰川长度是冰川变化研究中的重要参数。以青藏高原普若岗日冰原为研究对象,基于高分一号卫星遥感影像和数字高程模型数据,利用波段阈值法和目视解译相结合的方法提取冰川边界,综合利用冰川中心线法和冰川主流线法获取冰川长度,并在地理信息系统技术支持下进行了实现。结果表明,提取的冰川长度线与人工数字化的冰川长度线吻合度较好,精度可达97.9%,且执行效率较高。     

普若岗日冰原表面运动特征观测研究进展

冰川运动特征的分析研究有助于了解冰川的基本性质,是冰川学研究的重要内容之一.40a来,我国冰川学者先后对天山、阿尔泰山、祁连山、喀喇昆仑山、喜马拉雅山、念青唐古拉山以及横断山等部分冰川进行了冰川运动的观测研究^[1～6],施雅风、黄茂桓等较为系统的总结了天山乌鲁木齐河源一号冰川的运动机理以及我国大陆型冰川运动的某些特征.这些分析观测的冰川类型均为山谷冰川或冰斗山谷冰川,而对冰帽型冰川的运动特征的观测分析甚少.