冰川均衡调整对南极冰质量平衡监测的影响及其不确定性

本文研究了新的全球冰川均衡调整(GIA)模型对南极冰盖质量平衡监测的影响,考虑现有冰川负荷模型和地幔黏滞度模型的差异,完整评估了结果的不确定性,最后结合GRACE和卫星测高的结果进行了对比分析.结果表明,GIA对GRACE监测的等效水柱变化有重大影响,较大的GIA影响出现在西南极,沿罗斯冰架-卡姆布冰流-罗尼冰架-南极半岛分布,最大值在卡姆布冰流,达到29.8 mm/a;GIA对南极整体冰质量平衡的影响达到134±28 Gt/a.在不确定性的方差中,西南极和东南极分别以冰负荷模型差异和地幔黏滞度差异影响为主,对整个南极,冰模型差异影响占88.4%;在一些典型地区,GRACE监测的等效水柱在扣除GIA前后分别是,卡姆布冰流~32.8 mm/a和~6.3 mm/a,阿蒙森海湾~-95.3 mm/a和~-102.5 mm/a,Enderby Land~13.6 mm/a和~8.1 mm/a.整个南极冰盖总质量变化在扣除GIA贡献后为-82±29 Gt/a,该估计与卫星测高结果较吻合.此外,GIA对卫星测高监测的冰面高程变化的影响一般不超过8%.本研究为空间大地测量监测南极冰质量平衡提供了新的改正模型.     

利用ICESat交叉点分析探测恩德比地冰盖近年高程变化

通过改进卫星激光测高地面轨迹交叉点高差时间序列算法,利用各期ICESat观测值的交叉点和不同期间交叉点的高差组成高程变化的时间序列,探测东南极恩德比地地区近年来冰盖表面高程变化趋势,得到恩德比地2003~2007年冰盖高程变化趋势为4.79±0.13 cm/a。     

联合GRACE和ICESat数据分离南极冰川均衡调整(GIA)信号

2002年发射的GRACE重力卫星为南极冰盖质量平衡提供了一种新的测量方式,但由于南极GIA模型的不确定较大,进而影响GRACE结果的可靠性.本文联合2003-2009年的GRACE和ICESat等数据实现了南极GIA信号的分离,联合方法所分离的GIA不依赖于不确定性很大的冰负荷等假设模型,而是直接基于卫星观测数据估算而来的,具有更大的可靠性.在分离过程中,本文提出了冰流速度加权改正法和GPS球谐拟合改正法对GIA结果进行精化,同时引入了南极GPS观测站的位移数据对分离的GIA进行详细的评估和验证,GPS验证表明经过冰流速度加权和GPS球谐拟合双改正后的GIA结果精度明显得到提高.最后本文利用所分离的GIA对GRACE和ICESat结果进行了改正,得到2003-2009年南极冰盖质量变化的趋势为-66.7±54.5 Gt/a（GRACE）和-77.2±21.5 Gt/a（ICESat）,相比采用其他的GIA模型,本文的GIA结果使GRACE和ICESat这两种不同观测技术得到的南极冰盖质量变化结果更加趋于一致.     

GRACE重力卫星探测南极冰盖质量平衡及其不确定性

2002年GRACE重力卫星的成功发射为南极冰盖质量平衡的研究提供了重力探测的新纪元. 本文利用美国德克萨斯大学CSR公布的2003年1月到2013年12月期间的RL05版本GRACE月重力场数据, 采用最优平均核函数法和组合滤波法两种GRACE后处理方法反演了南极冰盖质量的时空变化. 结果表明: 在2003—2013年期间南极冰盖物质平衡呈明显的负增长状态, 质量变化趋势为-163±50 Gt/a(GW13)、-129±41 Gt/a(IJ05)、-81±27 Gt/a(W12a), 加速度为-8±10 Gt/a2, 质量消融的主要区域分布在西南极阿蒙森海岸和南极半岛的北部. 另外本文还重点探讨了可能影响到估算结果的各项误差及不确定性,分析结果显示影响南极冰盖质量平衡估算结果的最大误差源为GIA改正. 通过假设检验和信息准则对时间序列分析中拟合参数的合理选取进行了探讨和分析, 在联合周年项、半年项和S2、K2、K1潮汐混频项进行拟合分析时发现K1项对拟合结果的加速度影响比其他周期项稍大, 尽管考虑该项的合理性因当前GRACE数据时间序列长度有限而无法确切证实, 但K1项的影响值得后续关注. 对比两种GRACE后处理方法的结果发现:当采用的数据时间跨度一致, 误差改正方法相同, 两种相异的后处理方法, 其估算结果也具有较好的一致性.     

ICESat-2激光测高卫星应用研究进展

ICESat-2作为当今最先进的测高卫星之一,相比ICESat卫星,在荷载设备、算法模型和测距精度等诸多方面有了很大的提升。整体性能的完善使得ICESat-2在极地冰盖和海冰的监测、内陆水文变化和森林树冠高以及生物量预估等领域的科学研究和实际生产应用中具有广阔前景。重点从ICESat-2荷载仪器、改进技术、数据产品进行了详细介绍。分析和总结了ICESat-2在冰盖、海冰、地形与树冠高、内陆水等诸多领域的最新应用研究进展以及初步验证的观测精度和可靠性,并对ICESat-2未来应用进行了展望。     

基于DInSAR的天津地面沉降信息提取及精度评定

基于天津2003～2007年24景ENVISAT/ASAR雷达卫星影像,通过二轨差分干涉测量方法,获取了各年度的差分干涉图。差分干涉图清晰地揭示了天津六个地面沉降区域及沉降漏斗位置,其位置与沉降量、水准测量结果完全对应。差分干涉测量与水准测量结果的比较表明,两者差值标准差为6.8 mm,在95%置信水平下一致。     

应用平滑先验信息方法移除GRACE数据中相关误差

由于GRACE卫星数据解算的时变重力场模型中高阶位系数存在误差,这些误差在重力异常图中表现为南北向的条带噪声,在应用GRACE时变重力场数据时必须进行滤波.本文在空间域引入了一种有效消除GRACE时变重力场条带噪声的平滑先验信息方法,并将其与目前常用的高斯滤波和去相关误差等滤波方法分别应用于合成的质量变化趋势数字模型,检测不同滤波方法消除条带噪声的能力及其对真实信号的影响.滤波结果显示,与目前常用的高斯滤波和去相关误差滤波器相比,本文滤波方法在有效移除条带噪声的同时,具有有效信号幅度衰减小、有效信号形变小以及保存了更多的短波长细节信息等优势;此外,统计结果显示,本文滤波结果在信号最大值、最小值以及残差均方根等方面均与模拟真实信号最为接近.相比300 km高斯平滑和组合滤波结果,有效信号振幅的极小值和极大值分别提高了约18%和6%,残差均方根分别降低了25%和33%.说明本文滤波方法移除GRACE相关误差的同时,在保留有效信号方面具有明显的优势.     

高亚洲冰川质量变化趋势的卫星重力探测

利用高亚洲地区32个Mascon,基于GRACE RL05时变重力场模型频域和空域上的两种计算方法有效分离并提取出高亚洲冰川及其毗邻地区的等效水质量变化,得到2002—2013年期间高亚洲地区更为可靠的Mascon质量变化.高亚洲冰川质量变化的空间特征是:青藏高原内陆地区以正增长为主,边缘地区以负增长为主,在藏东南的最边缘地区冰川质量损失最为严重.天山地区、帕米尔和昆仑山地区、喜马拉雅山和喀喇昆仑山地区、青藏高原内陆地区冰川质量的平均变化趋势分别为-2.8±0.9 Gt/a、-3.3±1.5 Gt/a、-9.9±2.1 Gt/a和5.0±0.8 Gt/a, 高亚洲冰川质量整体的平均变化趋势为-11.0±2.9 Gt/a.印度等北部平原地区地下水平均变化趋势为-35.0±4.2 Gt/a,该地区地下水信号泄漏是影响GRACE研究高亚洲冰川质量变化的关键因素,频域法和空域法能有效改正该地区地下水信号泄漏的影响.     

基于多源卫星测高数据的青海湖水位变化研究

针对单颗卫星空间、时间分辨率受限及湖泊边界复杂地形条件引起湖泊监测精度较低的问题，提出结合多源卫星测高数据监测水位变化并建立边界缓冲区筛选数据的方法。以青海湖为研究对象，基于ERS-1/2、Envisat、Cryosat-2测高数据，构建了1995—2021年近26 a的水位时间序列，结合Grace卫星数据分析湖泊水位、面积、水储量与气候因素间的关系。结果表明：青海湖水位以2004年为节点呈现先下降后上升的变化，整体上升2.97 m,增长量为0.114 m/a,季节性变化明显，与降水量、径流量和蒸散发量相关系数分别为0.295、0.66、-0.24;湖泊面积与水位变化趋势一致，增长量为9.66 km²/a, 2001—2020年等效水柱高增长量为1.68 mm/a,与水文站及其他湖泊库水位序列相关系数均在0.9以上，具有良好基一致性。