CryoSat DEM与多种南极DEM的对比分析

南极洲被巨厚冰雪覆盖,地质构造以南极横断山脉为界,总体分为东南极地盾和西南极活动带。数字高程模型（DEM）是研究南极冰盖变化的基础数据之一。通过多期次数字高程模型相比较获得高程的变化信息,是分析南极冰盖厚度变化和物质平衡的重要手段。然而不同类型DEM之间存的平面误差和垂直误差影响分析结果的精度。首先利用配准消除DEM间的水平误差,然后计算并按坡度提取CryoSat DEM与其他DEM的平均高程差和标准差,最后分析高程差的时空变化特征。通过分析发现,DEM之间存在不同的平面误差。其中TanDEM_X DEM与CryoSat DEM的高程平面偏差最小,而ICESat DEM与CryoSat DEM的高程平面偏差最大。在垂直方向上,0°~1°的坡度范围内,CryoSat DEM与TanDEM_X DEM的平均高程差在3.5~5.5 m之间,标准差小于18.0 m;CryoSat DEM和Bamber 1km DEM的平均高程差在-2.5~+1.0 m之间,标准差小于24.2 m;CryoSat DEM与ICESat DEM的平均高程差在-25.0~-1.0 m之间,标准差小于47.2 m;CryoSat DEM与RAMPv2 DEM的平均高程差在1.3~3.2 m之间,标准差小于45.6 m。通过研究发现南极冰盖内部高程增加,但西南极冰盖和东南极冰盖高程均在降低,且西南极降低明显,同时南极边缘地区高程降低明显。本研究为全球变化研究和南极物质平衡研究提供了重要参考。      

2003~2016年南极地区冰盖质量变化时间序列分析

利用CSR提供的GRACE时变重力场数据反演2003~2016年南极地区冰盖质量变化。结果表明,南极地区冰盖整体呈现消融趋势,消融速率为（-101.27±7.02） Gt/a,且在不断加速。EA以质量积累为主,速率为（69.09±2.64） Gt/a,但近期速率大幅减小;WA冰盖消融速率为（-148.35±6.78） Gt/a,表现为加速消融趋势,为南极冰盖质量消融的主要地区;AP消融速率为（-22.01±1.44） Gt/a,变化相对平稳。     

ICESat卫星数据垂直精度分析

以山西省吕梁市水峪贯地区为研究区域,基于大比例尺地形图对ICESat/GLA14数据的垂直精度进行了分析。首先,对ICESat/GLA14数据下载和处理,以1:5万地形图为基础数据,生成DEM,提取地形因子;然后,提取ICESat/GLA14数据对应的高程值、坡度、坡向、起伏度等信息;最后,对ICESat/GLA14数据与地形图数据的高程差以及高程差随这些分类后的影响因子的变化规律进行了统计分析、研究结果表明:ICESat/GLA14数据在水峪贯地区平均误差为-5.66m,绝对误差均值为21.92m,标准偏差为27.40m,均方根误差为27.98m;ICESat/GLA14数据的垂直精度随坡度和地形起伏度的增加而降低,受坡向因子影响不大,平均误差在NS轴左边为负值,NS轴右边为正值。     

基于Bedmap2与冰雷达数据的南极局部冰盖三维建模

利用Bedmap2数据与中国第29次南极科学考察期间获取的冰雷达数据,在中山站至Dome A断面的Gamburtsev山脉地区首次构建11.3 km×11.5 km南极局部冰盖三维模型。着重介绍三维模型建立过程中的数据处理,其中冰雷达数据采集首次采用中国自主研发的冰雷达系统。详细阐述了冰雷达数据的处理流程,包括数据预处理、常规图像修正技术以及冰下地形获取,得到冰下基岩埋深和冰盖内部等时层埋深,插值得到100 m分辨率的冰下基岩DEM（海拔1 729 m~2 718 m）和等时层DEM（海拔2 601 m~2 950 m）,利用南极Bedmap2冰表面栅格影像得到100 m分辨率的冰盖表面DEM（海拔3 679 m~3 745 m）。结合冰盖内外部数据处理结果,构建包含冰盖表面、冰盖内部等时层和冰下基岩地形特征的三维模型,并对模型进行检验,对冰盖内外部地形特征进行初步分析。     

GRACE估计南极冰川质量变化的泄露影响及其改正

利用2003-01～2013-12期间GRACE数据反演得到地球表面质量变化,使用全球正向建模恢复法改正泄露影响,获得南极冰盖质量变化。比较GRACE直接估计和泄露影响改正后的结果发现,南极冰盖在2003～2013年质量变化信号衰减20.3%,西南极有26.4%的质量消融信号泄露到了周边,东南极的泄露影响更高达70%。改正后的结果表明,南极冰盖绝大部分质量消融发生在西南极和南极半岛,质量积累发生在东南极的Ronne冰架和Amery冰架;西南极冰盖质量变化速度达到-152.47±2.00 Gt/a,基本上等同于南极全岛的质量消融速度,而南极半岛的冰盖融化速度为-27.44±0.75 Gt/a,基本与东南极的冰盖质量积累速度27.27±5.12Gt/a抵消;南极全岛冰川整体质量以-152.64±7.00 Gt/a速度消失,并以-18.85±4.87 Gt/a2的加速度加速融化,导致海平面以0.41 mm/a的速度上升。     

科技

<正>中国完成南极冰盖国际合作“环”计划航空调查日前,中国第40次南极考察队圆满完成南极研究科学委员会（SCAR）南极冰盖国际合作“环”计划航空调查任务。在考察中,考察队员依托我国极地考察固定翼飞机“雪鹰601”,成功获取我国中山站至比利时伊丽莎白公主站冰盖边缘的详细冰厚、冰下地形等科学调查数据,为精确评估这一区域的冰量流失状况和冰盖不稳定性提供了重要依据。     

基于GRACE时变重力场反演南极冰盖质量变化

利用UTCSR发布的GRACE Level-2 RL04版本2003-01—2008-08月的重力场模型估计南极冰盖质量变化。由于GRACE提供的C20项不准确,利用SLR测得的C20项进行替换。对于经度方向上出现的条纹状信号,采用去相关滤波处理。选择去掉其中某一个月的位模型重新反演南极冰盖质量变化,发现相同区域的质量变化率并没有发生很大的变化。联合得到的位模型、滤波技术以及ICE-5G冰后回弹模型观测到的西南极Amundsen地区和南极半岛的冰盖质量消融现象,其等效水高变化分别为-5.28±0.95 cm/a、-1.82±0.77 cm/a;而Ronne冰架以及东部Enderby地区冰盖质量在增加,分别为1.42±0.69 cm/a、1.43±0.72 cm/a。与已有研究结果比较发现：西南极冰盖质量在加速融化,而Ronne冰架以及东部Enderby地区冰盖等效水高变化率没有发生大的变化。     

基于GRACE的格陵兰冰盖质量变化分析

基于GRACE RL05数据反演2003-01~2012-12格陵兰岛的冰盖质量变化,构建去相关滤波和高斯滤波的组合滤波方式,采用线性及二次多项式拟合分析格陵兰岛冰盖质量变化速度及加速度。结果表明,格陵兰岛冰盖呈现加速融化趋势,冰盖融化主要在南部及西北地区。扣除泄漏误差及冰川均衡调整改正,冰盖质量融化速度及加速度分别为-157.8±11.3 Gt/a,-17.7±4.5 Gt/a2,其融化速度在2010年后明显加快,由2003~2009年的-132.2 Gt/a增加到2010~2012年的-252.5 Gt/a。东北部冰盖趋于稳定。中东部地区冰盖质量变化加速度呈现正增长,显示该地区冰盖融化逐年减缓,但2010年后加速融化。     

南极GPS数据质量分析

以多路径误差和电离层延迟为评价指标,利用TEQC软件和QCVIEW软件对南极埃默里冰架、内陆冰盖、纳拉峡海湾、拉斯曼丘陵的实测GPS数据以及部分IGS站点的数据进行了数据质量分析,得到结论： 1)在同一站点上,L2上的多路径误差总比L1上的多路径误差要大;2)在南极不同环境下的多路径误差不同;3)纬度和太阳活动剧烈程度是影响南极地区GPS数据电离层延迟大小的两个重要因素。     

利用ICESat/GLAS数据获取北极海冰出水高度的研究

利用ICESat激光测高卫星数据获取2003-10～2008-03北冰洋秋季与冬季海冰出水高度,结果与国外相关研究基本一致。出水高度数据的拟合结果表明,北极海冰出水高度以每年约2.3 cm的速度递减,该速度比此前的相关研究结果更快。在不同作者利用ICESat数据计算的北极海冰出水高度的对比中,不同方法得到的结果之间存在明显的系统误差。对引起系统误差的原因进行深入分析表明,高程滤波的窗口长度、确定海面高的范围以及海面观测值的选取方式都会使出水高度的计算产生cm级的误差。     

青藏高原冰川变化遥感监测研究综述

在全球变暖影响下,青藏高原冰川消融造成的冰川径流增大、冰湖溃决等问题威胁着山区及其周边居民的生命财产安全,对青藏高原冰川变化的研究日益紧迫。本文综述了国内外山地冰川变化遥感监测手段的发展、冰川面积及冰面高程变化的遥感监测研究现状、存在问题与发展趋势,并总结了中国青藏高原冰川变化遥感监测研究的主要成果。此外,本文基于2003-2009年ICESat/GLAS数据,计算了青藏高原各山区冰面高程变化及其冰川消融量。结果显示：青藏高原冰川面积持续减少,青藏高原冰面高程的平均变化为-0.24±0.03 m/a,冰川融水量为-14.86±11.88 km³/a,冰川变化呈现从青藏高原东、南外缘山区往内陆与西、北部山区减慢的时空特征。     

南极地区气温变化的一些特征

本文利用南极地区考察站的气温资料,对该地区气温的季节变化和年变化进行统计分析。结果表明,南极地区气温的季节变化有明显的区域性和两季特点,东南极大陆是冷中心,在南极地区气温变化中起重要作用,极点气温的年际变率不大,南极地区气温场中存在ENSO事件的信号。     

南极昆仑站完成120米深冰芯钻探

我国第28次南极考察昆仑站队近日在冰穹A地区完成120米的深冰芯钻探。在未来的南极考察中,我国南极考察队将继续深冰芯钻探,以期通过努力,在海拔4093米的南极冰盖最高点冰穹A地区获得3000米的深冰芯。（新华网）     

国外科技简讯

●南极臭氧浓度去年10月份下降到历史最低水平 美国雨云七号卫星上的科学仪器最近测得的数据表明,在去年,从8月中旬到10月上旬,南极大气层中的臭氧浓度下降了45％。10月6日,臭氧浓度为110陶普森单位,创历史最低纪录。目前南极上空的臭氧空洞面积已达二千零七十万平方公里,相当于南极大陆总面积的1.4倍。     

CryoSat-2SARIn模式二级产品在内陆水域的偏差分析

对比青藏高原及天山地区所有湖泊内CryoSat-2基线C版本二级产品(SIR_SIN_L2I)和ICESat测高结果发现,它们之间存在一个多达几十米的系统性偏差,这种偏差限制了多源测高数据的联合研究,必须加以消除。从一级数据出发,利用经典的重跟踪方法重新获得湖面高程,能很好地消除这个偏差。研究发现,当前的二级产品在生成过程中使用了错误的窗口延迟参数,从而导致该系统性偏差。因此,CryoSat-2的SARIn模式二级产品不能直接用于多源数据的联合分析,需要对一级数据重跟踪或直接在二级数据上加一个偏差改正。
     

中国大陆地区TanDEM-X 90 m DEM误差空间分布特征

TanDEM-X 90 m 数字高程模型（DEM）在其原始雷达影像的采集与DEM产品生产过程中,坡度、坡向和地表覆盖物等 因素都会对误差产生一定的影响。为了便于该数据更好地为各领域的研究提供服务,本文以整个中国大陆为研究区域,运用ICESat/GLA14数据对该区域的TanDEM-X 90 m DEM对应位置的高程数据进行提取统计,对比分析了我国陆地区域 TanDEM-X DEM数据与GLA14高程点数据的整体误差精度,并提取坡度、坡向地形因子,研究TanDEM-X 90 m DEM误差在不同坡度、不同坡向以及不同地表覆盖物影响下的分布规律。结果表明：① TanDEM-X 90 m DEM在中国区域整体的绝对误差均值为3.89 m,中误差为9.03 m,标准差为8.85 m; ② 受地形因子的影响,在坡度<3°时,绝对误差均值仅为1.29 m,标准差为2.84 m; 在坡度>25°时,绝对误差均值20 m以上,标准差也达到30 m左右,即误差随着坡度的上升逐渐增大;③ 坡向对误差也有一定影响,在南北方向的绝对误差均值明显比东西方向小;④ 受地表覆盖物影响较大,在荒地误差最小,绝对误差均值仅为 1.85 m,但在冰川积雪区绝对误差均值达到12.68 m。通过与无人机获取的等高线及剖面图对比分析发现,TanDEM-X 90 m DEM能较好地反映真实地形情况。最后,根据不同影响因素的权值,绘制全国范围的TanDEM-X 90 m DEM误差绝对值分布图,且验证了可靠性。     

根据大陆、海洋分布的对称性推测火星结构

地球表面大陆、海洋的分布具明显的对称性。根据Google Earth提供的火星地表高程数据粗略编制了火星大陆、海洋分布示意图,发现火星的大陆、海洋分布也具有对称性。依照类比原理,火星与地球应具有相同或相似的内部结构,即从外至内为岩石圈-软流圈-固态内核。     

拟合法改正南极泄露误差最佳外扩边界的确定及其应用

以GRACE CSR Mascon为模拟数据,讨论边界外扩及外扩范围内海洋信号对拟合法改正南极泄露误差的影响。实验表明,仅考虑南极信号泄露时,拟合边界至少为南极海岸线外扩300 km;当考虑外扩范围内的海洋信号对南极质量变化及其空间分布的影响时,最佳拟合边界为海岸线外扩100 km。采用最佳外扩边界线利用拟合法估算的CSR RL05时变重力场模型的南极质量变化速率为-178.61 Gt/a,其质量变化空间分布与Mascon模型一致性较好。     

SRTM1 DEM与ASTER GDEM V2数据的对比分析

本文以山西省为实验区,基于ICESat/GLA14测高数据对SRTM1 DEM和ASTER GDEM V2数据的垂直精度进行了对比,分析了其在坡度、土地利用类型和地貌类型中的误差分布情况,并基于地形剖面方法分析了2种DEM数据在地形表达上的差异。研究结果表明：① 在垂直精度上,SRTM1 DEM数据要明显高于ASTER GDEM V2数据,其绝对误差均值分别为4.0 m和7.8 m,标准偏差分别为6.0 m和10.7 m,均方根误差分别为6.1 m和10.7 m。② 这2种DEM数据的精度受坡度影响严重,随坡度值的升高误差增大;SRTM1 DEM的绝对误差均值、标准偏差和均方根误差在水田最小,在林地最大,而ASTER GDEM V2的这3种误差在居民用地最小,在林地最大;SRTM1 DEM 和ASTER GDEM V2的绝对误差均值、标准偏差和均方根误差在平原地区最小,在大起伏山地最大。③ 在平原和台地地区,ASTER GDEM V2数据高程值有异常波动,SRTM1 DEM在起伏山地存在对山谷过高估计。总体上,SRTM1 DEM比ASTER GDEM V2对地形的表达准确,与ICESat/GLA14对地形的描述基本相一致。     

冰川均衡调整模型对全球质量变化的影响分析

利用国际上常用的8个冰川均衡调整（GIA）模型分别对利用卫星重力(GRACE)数据解算的2005~2014年全球质量变化趋势进行GIA改正。在对南极地区进行改正时发现,ICE-6G_C、ICE-6G_D和IJ05这3种模型的改正值相近;在对全球海水质量变化趋势进行改正时发现,不同改正模型对全球海水质量变化影响的均值都小于-2.0 mm/a;对比陆地水及冰盖对海水质量变化趋势的贡献,同时联合卫星测高和Argo温盐数据集进一步验证发现,Paulson07、GW13和ICE-6G_D模型对全球海水质量改正效果较好。综合整个陆地和海洋的分析结果来看,ICE-6G_D模型更适用于全球质量变化趋势的调整。