GLONASS卫星SNR信号的雪深探测

利用GNSS-MR(Global Navigation Satellite System Multipath Reflectometry)技术反演积雪深度是近年来一种新兴的卫星遥感技术。目前大多数研究仅使用GPS(Global Position System)数据限制了该技术的发展,为了扩展GNSS-MR算法的应用,介绍了基于GNSS-MR算法的雪深反演模型。首先,通过多项式拟合分解GLONASS观测数据获取高精度的信噪比残差序列;然后,利用Lomb-Scargle谱分析法对其进行频谱分析可解算雪深值。选取IGS中心的YEL2站2015年11月到2016年6月共243天的GLONASS卫星L1波段反射信号的SNR数据进行实例分析,并以美国国家气象数据中心提供的加拿大Y-H (Yellowknife Henderson)气象站的实测雪深数据为真值,将反演雪深与实测雪深进行对比验证。所得实验结果如下:(1)与GPS卫星的反演值相比,基于GLONASS-MR(GLONASS Multipath Reflectometry)技术反演积雪深度的精度同样能达到厘米级,RMSE仅3.3 cm,反演值与实测值的空间分布趋势一致且相关性较强,其相关系数R2高达0.969;(2)不同的积雪深度对信噪比的振幅频率与垂直反射距离具有直接影响;(3)对同一卫星而言,信噪比的频谱振幅强度峰值与其对应的反演值存在线性相关;(4)在相同条件下,采用多颗GLONASS卫星数据比单颗GLONASS卫星数据反演雪深的效果明显更优。基于反演的高时间分辨率产品,分析该地区雪深日变化的情况,实验结果表明基于陆基CORS站的GLONASS-MR技术在用于实时、连续的雪深变化监测方面具有良好的潜力和可行性。     

煤田火区特征的土地覆盖分类方法 ——以乌达煤田火区为例

土地覆盖变化是土地分析与评价和生态环境变化预测的重要科学基础, 通过精确的土地覆盖分类方法 获取高精度的土地覆盖图是研究煤田火区生态环境变化的必要手段。本文以最大似然法、光谱角度法、面向对象 分类法和基于复合分区的分层分类法进行乌达煤田火区土地覆盖分类的方法研究。研究结果表明, 基于复合分区的 分层分类方法分类精度较高, 总体分类精度为92.97%, kappa 系数为0.9155。该方法通过基于地表热辐射特征、热 异常状况、地貌类型, 以及对生态系统扰动状况等的划分, 减少了地物信息的混淆度, 即通过提     

Snow cover monitoring in the Northern Patagonia Icefield using MODIS satellite images (2000–2006)

The snow cover of the Northern Patagonia Icefield (NPI) was monitored after applying the Normalized Difference Snow Index (NDSI) and the Red/NIR band ratio to 134 Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) images captured between 2000 and 2006. The final results show that the snow cover extent of the NPI fluctuates a lot in winter, in addition to its seasonal behaviour. The minimum snow cover extent of the period (3600 km²) was observed in March 2000 and the maximum (11,623 km²) in August 2001. We found that temperature accounts for approximately 76% of the variation of the snow cover extent over the entire icefield. We also show two different regimes of winter snow cover fluctuations corresponding to the eastern and the western sides of the icefield. The seasonality of the snow cover on the western side was determined by temperature rather than precipitation, while on the east side the seasonality of the snow cover was influenced by the seasonal behaviour of both temperature and precipitation. This difference can be explained by the two distinct climates: coastal and continental. The fluctuations in the winter snow cover extent were more pronounced and less controlled by temperature on the western side than on the eastern side of the icefield. Snow cover extent was correlated with temperature R² = 0.75 and R² = 0.74 for the western and eastern sides, respectively. Since limited meteorological data are available in this region, our investigation confirmed that the change in snow cover is an interesting climatic indicator over the NPI providing important insights in mass balance comprehension. Since snow and ice were distinguished snow cover fluctuations can be associated to fluctuations in the snow accumulation area of the NPI. In addition, days with minimum snow covers of summer season can be associated to the period in which Equilibrium Line Altitude (ELA) is the highest.     

Historical behaviour of Dome C and Talos Dome (East Antarctica) as investigated by snow accumulation and ice velocity measurements

Ice divide–dome behaviour is used for ice sheet mass balance studies and interpretation of ice core records. In order to characterize the historical behaviour (last 400 yr) of Dome C and Talos Dome (East Antarctica), ice velocities have been measured since 1996 using a GPS system, and the palaeo-spatial variability of snow accumulation has been surveyed using snow radar and firn cores. The snow accumulation distribution of both domes indicates distributions of accumulation that are non-symmetrical in relation to dome morphology. Changes in spatial distributions have been observed over the last few centuries, with a decrease in snow accumulation gradient along the wind direction at Talos Dome and a counter-clockwise rotation of accumulation distribution in the northern part of Dome C. Observations at Dome C reveal a significant increase in accumulation since the 1950s, which could correlate to altered snow accumulation patterns due to changes in snowfall trajectory. Snow accumulation mechanisms are different at the two domes: a wind-driven snow accumulation process operates at Talos Dome, whereas snowfall trajectory direction is the main factor at Dome C. Repeated GPS measurements made at Talos Dome have highlighted changes in ice velocity, with a deceleration in the NE portion, acceleration in the SW portion and migration of dome summit, which are apparently correlated with changes in accumulation distribution. The observed behaviour in accumulation and velocity indicates that even the most remote areas of East Antarctica have changed from a decadal to secular scale.     

河西地区土地利用/覆盖变化驱动力研究

河西地区的土地利用／覆盖格局2000多年来发生了很大的变化。参考大量的数据与资料分析了河西地区土地利用覆盖变化的驱动力,结果表明,自然机制与人为机制同时改变着该地区的土地利用／覆盖状况,自然机制的驱动是缓慢的,长期的,而人为机制的驱动,尤其到了近现代,则是剧烈的,集中的,人口变化是驱动土地利用／覆盖变化的非常活跃的因素。     

东南极冰盖内陆深处几个雪坑离子浓度的初步研究

对南极中山站-Dome A断面距海岸800～1 100 km(海拔2 850～3 760 m)的内陆深处3个雪坑进行了雪层剖面观测和雪样化学分析.氧同位素、可见层位特征与主要阴、阳离子浓度的剖面对比分析表明, 同位素季节变化信号不明显, 而太阳辐射冰壳与某些离子(如Na 、 Cl-等)浓度变化有较好的对应.研究区域主要的几种离子如Na 、 Cl-和SO2-4等与东南极内陆其它区域雪坑中的相似, 但NO-3和NH 4有较大差异.在高原中心区域, NO-3沉积后很大部分又逸散返回大气, 因而雪层中平均浓度很低但表面处的浓度却异常地高.在海拔2 850 m处, 各种离子的浓度随深度增加而增加, 在海拔3 750 m处则为相反趋势, 在海拔3 380 m处趋势不明显.如果离子沉降速率保持不变, 这种特征意味着近20 a来降雪积累速率在高原中心区域为减少趋势, 在海拔较低的区域则为增加趋势.在所有雪坑中, Na 和Cl-具有非常好的正相关性, Cl-/Na 为1.24～1.61, 略高于海水中的值(1.168), 说明Cl-虽然主要来源与于海盐, 但仍有一小部分为其它来源.非海盐SO2-4在不同雪坑中显示出不同特征, 对其是否能指示火山喷发等问题还有待于进一步探讨.     

竞技型滑雪场赛道雪质及其气候变化风险评价——以河北省万龙滑雪场为例

2022年北京冬奥会将在我国举办,比赛项目以雪上项目为主。赛道雪质是雪务工作的核心问题,而目前国内关于竞技型滑雪场赛道雪质研究少有涉及。通过研究以人造雪为主的河北省万龙滑雪场赛道雪质特性,了解我国竞技型雪场目前赛道现状。通过比较,找出与国际雪联要求标准赛道雪质的差距,依据赛道雪质变化特性,提出雪质保持和提升方案,并对影响雪质的要素进行风险评估,以提升我国赛事雪务工作的科研能力和技术水平,为冬奥会成功举办提供科学依据和服务。     

辽宁省积雪对自动气象站观测地气温差的影响

利用1971—2016年辽宁省61个气象站气温、地表温度、积雪日数和积雪深度资料,分析了积雪的保温作用及其对地气温差的影响。结果表明：更换自动站前后地表温度观测方式的差异导致地气温差显著增大,地气温差的增大程度受所在区域积雪日数、积雪深度的影响显著。在积雪期较长、积雪较厚的地区,积雪引起反照率增大,使得雪面温度降低,导致雪气温差减小,而雪的保温作用使得地气温差显著增大。因此,更换自动站前地（雪）气温差与积雪日数呈显著负相关,而更换自动站后地气温差与积雪日数呈显著正相关。各台站之间地气温差随积雪深度的变化系数差异较大,为0.045~0.858 ℃?cm^-1,在年平均积雪日数＜40 d、年平均极端积雪深度＜10 cm的区域,积雪的保温作用随积雪深度增大而显著增大;在年平均积雪日数＞40 d、年平均极端积雪深度＞10 cm的区域,10 cm以下的积雪对土壤保温作用随积雪深度增大显著,当积雪深度＞10 cm后,其保温作用随积雪深度增大的幅度明显减小。     

青藏高原积雪范围和雪深/雪水当量遥感反演研究进展及挑战

积雪是地表特征的重要参数,对辐射收支、气候和长期天气变化均有重要影响。雪本身又是一个重要的天气现象和水文气象参数,过量的降雪也会带来严重的雪灾,如牧区雪灾、雪崩和融雪洪水灾害等。因此对积雪的监测,尤其是对山区的积雪监测,具有多方面的意义。利用卫星遥感技术监测积雪已有50余年的历史,并已形成了系列业务产品。青藏高原平均海拔超过4 000 m,该地区的积雪具有重要的水文、气候和生态环境意义。由于地形复杂,人迹罕至,地面观测站点稀少,受较强太阳辐射的影响,积雪消融迅速、区域差异消融以及风吹雪等因素导致积雪分布破碎化严重,对使用遥感资料监测该地区的积雪造成的极大的困难和不确定性。随着国内外传感器技术的不断发展,光学和被动微波遥感数据的同步获取技术已经非常成熟,综合利用光学遥感数据高空间分辨率和被动微波数据不受云干扰的特点,结合机器学习、无人机等技术,将环境参数加入反演模型中,有助于提高青藏高原积雪参数反演精度。     

基于MODIS数据的北疆积雪黑碳和雪粒径反演及时空变化分析

积雪是地球上反射率较高的自然表面,对于中高纬度地区的水文和能量收支平衡发挥着重要作用。表层积雪中的黑碳和雪粒径变化可以显著影响积雪反照率,造成积雪对太阳辐射吸收的变化,进而对区域气候变化和水文循环产生反馈作用。利用遥感技术对季节性积雪表层黑碳和雪粒径进行定量评估,可以获取时空上连续系统的雪表黑碳浓度和雪粒径变化情况,这也是许多气候和水文模型的输入因子。以中国主要季节性积雪区北疆为研究区,基于MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）数据的3（0.47 μm）、2（0.86 μm）和5（1.24 μm）波段,采用SGSP（Snow Grain Size and Pollution Amount）算法反演2000-2018年积雪期的雪表黑碳浓度和雪粒径,并结合地面观测数据对于反演结果进行了精度验证,综合分析北疆雪表黑碳浓度和雪粒径时空变化趋势。结果显示,SGSP算法能够同时反演雪表黑碳浓度和雪粒径,并且验证结果表明纯雪像元上反演结果具有较好的精度;2000-2018年北疆雪表年均黑碳浓度和年均雪粒径都随时间变化呈现微弱下降趋势;受地理位置和局部污染源的影响,北疆积雪黑碳浓度空间分布复杂,天山北坡经济带平均黑碳浓度最高,伊犁地区平均黑碳浓度最低,雪粒径的空间分布显示塔城地区平均雪粒径最大,伊犁地区最小。