山地冰川变化参数的多源遥感提取与分析研究

发布时间：2020-10-24 11:53

　　 我国是世界上第四大冰川资源国,也是中低纬度最大的冰川分布国。青藏高原的冰川资源更是可观,使得冰川在西部水资源变化中占有举足轻重的地位。因此,研究山地冰川的变化无论是对于全球变化还是对于西部干旱区的水资源变化都有着重要的科学意义。由于山地冰川大多位于地形复杂的高海拔偏远山区,受到恶劣自然条件的影响和早期遥感卫星存档数据少的限制,难以获取高质量的遥感数据进行山地冰川长时间序列的动态变化研究,当前大多数大区域尺度的冰川动态变化研究其时间跨度小于10年,且主要集中在2000年以后,因此较为缺乏早期的长时间序列的区域型冰川变化观测资料。间谍卫星KH-9数据具有空间分辨率高、地面覆盖范围广、基高比大、成像时间早(1971—1986年)等优势,可为山地冰川长时间序列物质平衡研究提供很好的基础数据源,在本文中被作为主要数据源来提取研究区冰川在1974—2000年间的物质平衡;ICEsat激光雷达传感器获取的高程数据具有高精度、小脚印等优势,主要被用于提取研究区冰川在2000年后(2003—2009)的厚度变化信息。此外,针对国产高分辨率光学遥感卫星数据逐渐增多,但在山地冰川运动速度监测中国产卫星遥感数据使用却很少的现状,本文还利用了“高分一号”(GF-1)卫星影像数据提取了研究区冰川在2013—2017年间的运动速度,以此来验证GF-1数据在山地冰川运动速度监测应用中的可行性。论文的主要内容和成果如下:(1)提出了KH-9影像畸变十字标自动识别新方法,使KH-9影像畸变校正误差小于了一个像素,并在此基础上建立了详细完整的KH-9影像预处理和KH-9 DEM提取技术流程,结合提取的KH-9 DEM数据和SRTM数据,利用大地测量冰川物质平衡计算方法获取了研究区冰川早期、长时间序列的物质平衡变化特征(1974—2000年)。结果表明,雅弄冰川在近30年间不断消融,平均物质平衡为-0.30±0.04 m w.e.×a~(1-),整体上处于明显的物质负平衡状态;而西昆仑区冰川在近30年间的平均物质平衡为0.03±0.03 m w.e.×a~(1-),冰川物质量整体上处于近似平衡状态或轻微的正平衡状态。(2)详细介绍了ICEsat GLA14测高数据处理方法,介绍了基于ICEsat数据和SRTM数据的山地冰川厚度变化提取技术流程,并在90%的置信度条件下,获取了研究区冰川在2000年后的厚度变化信息。结果表明,雅弄冰川在2003—2009年间一直处于明显的厚度减薄状态,年减薄量为0.58m×a~(-1);西昆仑区冰川中不同小冰川在2003—2009年间的厚度变化具有一定的差异,但整体上呈增厚状态,年增厚量为0.20m×a~(-1)。(3)详细介绍了基于光学影像的频率域相位相关冰川运动速度提取方法,介绍了完整的可用于GF-1数据的冰川运动速度提取技术流程,并以雅弄冰川为实验区域,获取了雅弄冰川在2013—2017年间逐年的运动速度分布特征。通过对比同分辨率、同时段的Landsat-8数据提取的运动速度结果,从非冰川稳定区域的残余位移和冰川主冰流线剖面运动速度两方面来评估GF-1数据在山地冰川运动速度提取研究中的可行性。结果表明,GF-1数据完全适用于山地冰川运动速度的提取研究。(4)分析了西昆仑区冰川和雅弄冰川在1974—2000、2003—2009年间的物质平衡和厚度变化参数的时空变化差异,并结合气象观测资料初步研究了物质平衡和厚度变化对气候变化的响应特征。发现藏东南海洋型冰川雅弄冰川对气候波动变化敏感,受夏季温度持续上升的影响,冰川的表面消融强烈,其在1974—2000和2003—2009年间均处于消融状态,厚度不断减薄,2000年后温度上升更快,使冰川消融也更加强烈;相反,青藏高原西北部的极大陆型冰川西昆仑区冰川对气候变化的响应较慢,对气温变化不敏感,降雨成为了气候变化的主导因素,降水量的增加引起冰川积累量的增加,使得西昆仑区冰川在1974—2000年和2003—2009年间均处于物质积累状态,且在2000年后更为明显。当然,冰川变化与气候之间存在复杂的内部机制,其间关系还需进一步探讨研究。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P332;P343.6;TP751
【部分图文】：

硕士学位论文来获取冰川 2003—2009 年间的年厚度变化率；（3）冰川运动速度提取：首先以 Landsat-8 数据和 SRTM 数据为参考数据对 GF-1 影像进行精确配准，然后采用频率域相位相关算法，基于 COSI-Corr 软件平台，在傅里叶域里对 GF-1 影像进行反复迭代和无偏估计来获取位移信息，接着通过 Matlab 编程和 Arcgis平台，利用冰川表面的冰流矢量和评估位移监测精度的信噪比图像来对明显错误的和可信度不高的位移信息进行后处理，最后结合影像时间间隔获取冰川表面的运动速度。论文的总体技术路线图如图 1-1 所示，它概括和总结了本文各部分的主要内容及使用的数据和采用的处理方法。本论文中所涉及的各种方法、所得到的结果均在对应章节中有详细介绍。

2 研究区和数据介绍2 研究区和数据介绍2 Study Area and Data2.1 研究区冰川概况（Brief Introduction of Study Glaciers）雅弄冰川和西昆仑区冰川是位于青藏高原东南部和西北部不同气候区的两个典型冰川。雅弄冰川属于海洋型冰川，对气候变化十分敏感，是气候变化的指示器，受温度和降雨的影响，区域内冰川大多处于压力融点状态，冰川的表面消融强烈，运动速度快，易引发灾害。而西昆仑区冰川属于极大陆型冰川，在极其干燥寒冷的环境下，冰川热量支出以蒸发为主，消融很弱，冰层多连底冻结，冰流速迟缓。雅弄冰川和西昆仑区冰川的地理位置如图 2-1 所示。

像分辨率可达 0.6-0.9 m。在 20 个 KH-9 任务中的 12 个任务中(编号为 1205～1216)，在其主摄像机上还搭载了焦距为 12 英寸的框幅式测图摄影机，并在全球范围内拍摄了大约 2.9 万张框幅像片（图 2-2）。KH-9 框幅式像片中有 1058个精确的十字标网格，允许精确地重建影像几何；像片的重叠度为 70 % ，允许在现有的软件中进行摄影测量处理生成 DEM 数据，并大大的减少了地面控制点的数量；其地面足迹几乎和 Landsat MSS 图像一样，但分辨率却是 LandsatMSS 图像的 177 倍。2002 年，美国政府解密了所有的 KH-9 测图相机图像（不包括以色列上空大约 100 幅图像），而来自两个主摄像机拍摄的图像仍未解密。2.2.1.2 KH-9 测图摄影机和 LFC 摄影机虽然 KH-9 测图摄像机的设计仍是机密，但其与美国宇航局在 1984 年搭载于 STS 41-G 号航天飞机上的大像幅摄影机在设计、用途和性能等方面有很多相似之处。我们已知的相似点如下：首先，这两架摄像机均为 23*46 厘米的框幅式相机，在飞行方向上都有较长的尺寸，并且使用了相同的 30.5 厘米焦距；其次 LFC 胶片容量为 2400 帧，乘以带有测图摄影机的 KH-9 任务的期数得到
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李真,姚檀栋;极地和山地冰川雪冰中重金属的研究进展[J];冰川冻土;2002年03期

2 姜辽;赵瑞;张述林;;中国西部山地冰川的旅游性及其空间开发思维[J];宁夏师范学院学报;2008年03期

3 张鑫;周建民;刘志平;;基于KH-9数据对青藏高原山地冰川DEM提取及精度评价——以普若岗日冰川和雅弄冰川为例[J];冰川冻土;2019年01期

4 王世金;赵井东;何元庆;;气候变化背景下山地冰川旅游适应对策研究——以玉龙雪山冰川地质公园为例[J];冰川冻土;2012年01期

5 艾松涛;严博雅;王泽民;林国标;;基于GIS栅格操作方法模拟山地冰川长期变化[J];极地研究;2019年03期

6 一路开花;;家是那棵让人流泪的树[J];青年博览;2012年11期

7 何元庆,沈永平,姚檀栋,陈拓,杨梅学;挪威山地冰川上雪和粒雪中δ~(18)O的解释及对区域气候的指示意义(英文)[J];冰川冻土;2001年03期

8 一路开花;;家是那棵让人流泪的树[J];阅读与作文(高中版);2012年Z2期

9 一路开花;;家是那棵让人流泪的树[J];芳草(经典阅读);2012年09期

10 范云伟 ,杨发怀;“与人类活动有关的山地冰川学国际学术讨论会”在兰州举行[J];冰川冻土;1992年01期

相关博士学位论文 前2条

1 艾松涛;北极山地冰川形态及其变化监测研究[D];武汉大学;2012年

2 黄启厅;干旱区山地冰川—冰湖协同演变遥感监测与气候变化响应机制研究[D];中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所);2017年

相关硕士学位论文 前1条

1 张鑫;山地冰川变化参数的多源遥感提取与分析研究[D];中国矿业大学;2019年

本文编号：2854428