基于星载激光雷达和雷达高度计数据的南极冰盖表面高程制图

南极数字高程模型DEMs(Digital Elevation Models)是研究极区大气环流模式,南极冰盖动态变化和南极科学考察非常重要的基础数据。目前,科学家已经发布了五种不同的南极数字表面高程模型。这些数据都是由卫星雷达高度计,激光雷达和部分地面实测数据等制作而成。尽管如此,由于海洋与冰盖交接的南极冰盖边缘区随时间的快速变化,有必要根据新的卫星数据及时更新南极冰盖表面高程数据。因此,我们利用雷达高度计数据(Envisat RA-2)和激光雷达数据(ICESat/GLAS)制作了最新的南极冰盖高程数据。为提高ICESat/GLAS数据的精度,本文采用了五种不同的质量控制指标对GLAS数据进行处理,滤除了8.36%的不合格数据。这五种质量控制指标分别针对卫星定位误差、大气前向散射、饱和度及云的影响。同时,对Envisat RA-2数据进行干湿对流层纠正、电离层纠正、固体潮汐纠正和极潮纠正。针对两种不同的测高数据,提出了一种基于Envisat RA-2和GLAS数据光斑脚印几何相交的高程相对纠正方法,即通过分析GLAS脚印点与Envisat RA-2数据中心点重叠的点对,建立这些相交点对的高度差(GLAS-RA-2)与表征地形起伏的粗糙度之间的相关关系,对具有稳定相关关系的点对进行Envisat RA-2数据的相对纠正。通过分析南极冰盖不同区域的测高点密度,确定最终DEM的分辨率为1000 m。考虑到南极普里兹湾和内陆地区的差异性,将南极冰盖分为16个区,利用半方差分析确定最佳插值模型和参数,采用克吕金插值方法生成了1000 m分辨率的南极冰盖高程数据。利用两种机载激光雷达数据和我国多次南极科考实测的GPS数据对新的南极DEM进行了验证。结果显示,新的DEM与实测数据的差值范围为3.21—27.84 m,其误差分布与坡度密切关系。与国际上发布的南极DEM数据相比,新的DEM在坡度较大地区和快速变化的冰盖边缘地区精度有较大改进。     

基于Landsat-8的东南极达尔克冰川季节性表面消融信息提取

冰盖表面消融是气候变化和全球变暖的敏感指示剂。冰雪消融会降低地表反照率进而影响全球能量平衡,表面融水会加剧裂隙的传播,降低冰架稳定性进而影响冰盖物质平衡。当前,高时空分辨率消融区分布数据的缺乏限制了南极冰盖消融发生机理和时空特征的深入探索。围绕南极冰盖大范围消融区(蓝冰、湿雪和融水)的提取研究,提出了一种基于改进的冰雪归一化消融指数(Modified Normalized Difference Water Index Adapted for Ice, MND WI_(ice))的消融区自动提取方法,采用2016年9月—2017年4月18景30 m分辨率的Landsat-8数据,获取了消融区自动提取的MND WI_(ice)阈值,并以东南极达尔克冰川为例,实现了高空间分辨率的季节性消融信息提取和分析。结果表明:在云和地形阴影干扰较小的情况下,基于Landsat-8反射率数据计算的MND WI_(ice)采用单一阈值(0.136)对消融区的提取精度在67.7%—94.2%之间,平均精度为81.5%;达尔克冰川消融面积、消融区MND WI_(ice)均值表现出明显的季节性时空变化特征;消融发生的时间不晚于Landsat-8数据观测的最早时间(9月7日);消融最早出现和主要分布区在地形下降剧烈的东部接地线处。     

基于SAR数据的南极冰山分布监测

随着全球气候变暖,冰架崩解事件的发生愈益频繁.冰架崩解产生的冰山是南极冰盖-冰架-海洋系统中活跃的组成部分,冰山的运动特征和时空分布对南大洋洋流循环、海洋生态以及水文系统有着非常重要的影响.因此利用卫星遥感监测冰山运动与变化信息,探究冰山崩解和消融过程,研究南极冰山分布,以及冰山和周围海洋环境之间的相互作用机制,是理解南极冰山变化与全球气候变化之间关系的关键.本文利用覆盖全南极海岸线的ENVISAT ASAR影像,基于简译软件的面向对象的多尺度图像分割算法实现了全南极近岸海域冰山对象的提取.利用2006年8月63期ENVISAT ASAR影像提取了32 267座面积大于0.06 km²的冰山,统计了冰山空间分布特征,研究发现南极小型冰山在全南极淡水输入中扮演着重要的作用.     

高分辨遥感在杭州活断层探测中的应用

详细探查城市及其周边地区的活断层,对于城市的防震减灾工作具有十分重要的意义。卫星遥感技术可在活断层探测中发挥重要作用。以杭州地区为例,系统介绍了提取第四纪松散沉积物覆盖区域的隐伏活断层信息流程和方法。结果证明,在弱活动构造地区,利用卫星遥感技术进行活断层探测是可行的。     

帕米尔东北缘地区构造变形特征与盆山结构

帕米尔东北缘乌泊尔地区是正确认识帕米尔北缘盆山结构和构造变形特征非常关键的地区,本文利用连续电磁剖面(CEMP)资料和地震资料,并结合野外地质调查资料和钻井资料,对帕米尔东北缘乌泊尔地区的盆山结构和构造变形特征进行了研究。认为帕米尔东北缘及其以北地区的盆山结构表现为帕米尔造山带向北冲断和南天山向南冲断所形成的对冲结构;帕米尔山前为基底卷入式构造,古生界—中生界沿高角度的逆冲断层推覆到新近系和第四系之上,形成山前的古生界—中生界逆冲推覆带;北侧由受乌泊尔断裂控制的深部隐伏冲断体系和浅部的第四纪背驮盆地所构成。研究区的新生代构造变形时间开始于上新世晚期,并持续变形至今,形成了下更新统西域组(Q_1x)与下伏上新统、Q_2与Q_1和Q_(3-4)与Q_2之间的不整合。研究区最小构造缩短量为48.6 km,缩短率为48.1%。     

祁连山北缘冲断带的特征与空间变化规律

祁连山北缘冲断带是中国西部一条十分重要的新生代冲断带,它的研究不仅对探讨青藏高原新生代隆升过程和板内造山作用具有重要的意义,而且对酒泉盆地南缘的油气勘探也具有重要的意义。在大量野外地质调查、地震资料解释和钻井资料分析的基础上,开展祁连山北缘冲断带的特征与空间变化规律研究。祁连山北缘冲断带具有多层次的逆冲结构,包括浅层的远距离冲断系统、中层的近距离冲断系统和深层的原地冲断系统,其中原地冲断系统又可划分为原地隐伏和原地显露冲断系统。冲断带变形特征自西向东可分为三段。酒泉盆地南缘的冲断带是一水平位移量较大的、沿着至少三个滑脱面由南而北产生收缩变形的薄皮冲断系统,原地隐伏冲断系统发育很宽。榆木山南缘—民乐盆地南缘西段的冲断带中发育较宽的原地显露冲断系统,而原地隐伏冲断系统较窄。民乐盆地南缘东段—武威盆地南缘发育宽度较大的原地显露冲断系统,由三叠系、石炭系—二叠系、奥陶系、寒武系和岩体组成的冲断片相互叠置,形成冲断带宽广的"显露式"前锋,原地隐伏系统不发育。祁连山北缘冲断带的变形量由西往东逐渐减小。酒西坳陷旱峡剖面构造缩短率为55.1%;民乐盆地魏拉达坂构造剖面缩短率最大为43.4%;武威盆地天桥沟—西马河构造剖面缩短率最大为40.4%。祁连山北缘冲断带西段的变形时期大致开始于9Ma,并以"前展式"向北扩张,变形时间向北变新,前锋断层开始活动时间约为8.3Ma。     

应用GPS资料反演南极大气可降水量的试验分析

本文研究的主要内容是从对流层天顶延迟来反演大气中的可降水量。利用我国长城和中山两站 1 998、1 999、2 0 0 0年参加全南极GPS国际联测所取得的南极地区的GPS数据 ,组成各期GPS网 ;采用高精度的GAMIT/GLOBK软件进行基线解算和网平差处理 ,使用多种数据处理方案 ,得到各时段两站对流层的天顶总延迟值 ,采用了Saastamonien和Hopfield两种模型分别进行天顶静力学延迟的解算来分离天顶静力学延迟。从两站的历史气象资料出发 ,通过回归计算得到适合两站 1、2月份的转换系数K ;然后进行天顶湿延迟至可降水量的转换 ,结合现场的气象资料进行对比分析。各期数据均取得了较为满意的结果。     

北极东北航道维利基茨基海峡海冰时空变化及适航性分析

利用2002—2013年的海冰密集度数据对北极东北航道通航关键区域——维利基茨基海峡的海冰分布特征和通航性进行了分析研究。结果表明,近十年来从8月中下旬到10月中旬海峡海面状况适合船舶航行;海冰冰情年际变化很大,对维利基茨基海峡通航天数有明显的影响;海峡每年可通航时间基本在40 d以上,其开通时间年际变化较大,从7—9月不等,而结束时间相对集中在10月份。     

利用EnviSat ASAR数据监测南极冰架崩解

利用欧洲环境卫星(EnviSat)所携带的先进合成孔径雷达(ASAR)数据高时间、高空间分辨率的特点,实现了全南极范围内冰架年崩解面积的高精度估算和崩解类型的解译。利用40期重复覆盖全南极海岸线的EnviSatASAR数据探测了冰架崩解的位置、类型和发生时间,统计分析了2005年8月到2011年8月连续6年南极冰架崩解频率和面积的时空变化。结果显示:(1)2005年—2011年平均崩解面积为2969.7km2,年崩解面积变化幅度较大,年崩解频率略呈下降的趋势;(2)南极冰架崩解主要发生1—3月,其中2月崩解最频繁;(3)东南极威尔克斯地区域是当前南极冰架崩解最活跃的区域,冰架罗斯、龙尼-菲尔希纳及埃默里等3大冰架很稳定且鲜有崩解发生,东南极毛德皇后地区域冰架相对稳定;(4)空间尺度小于100km2的崩解频率占到总频率的94.1%,忽略它们将导致南极年崩解面积低估20.7%—92.9%;(5)以内部冰川应力为主要驱动力的开裂型(Rift-opening)崩解较以外部大气和海洋因素为主要驱动力的融水型(Melt-related)崩解发生更为频繁,但是两者在量上的差异不大(约10%)。     

卫星激光测高探测极地冰架表面裂隙方法

冰架崩解是南极洲物质损耗的主要途径,崩解是应力作用引起的裂隙(或裂缝)传播的结果,裂隙位置和深度的探测是理解崩解机理过程的重要基础.本文提出了一种利用卫星激光测高ICESat-1/GLAS高程数据产品提取冰架表面冰裂隙的方法,并以南极洲埃默里冰架为例验证了这种方法探测裂隙位置的准确性和深度探测精度.同时,基于提取的裂隙点深度分布特征提出了裂隙峰值应力点的探测方法,可用于追踪冰裂隙初始裂口位置和探测导致冰架崩解的高危区.利用2003～2008年间16个运行时期内132条ICESat-1/GLAS高程轨迹线分析了埃默里冰架冰裂隙深度的时空分布和裂隙峰值应力点的空间分布.结果显示,探测到的裂隙点深度在2.0～31.7 m均在海平面以上;裂隙深度变化未显示出随时间推移和冰流移动而增加的趋势,说明平流移动到冰架前缘的裂隙基本不会直接导致冰架的崩解;冰架局部应力集中区主要分布在冰流的缝合区内.