SAR偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动

偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动SAR第卷第期.，.地球物理学报年月.，李佳,李志伟,汪长城等.偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动.地球物理学报,，？，•/•O,,,O]*.竹，，9/偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动李佳,李志伟,汪长城,朱建军,丁晓利中南大学地球科学与信息物理学院,长沙香港理工大学土地测量与地理资讯学系，香港,九龙摘要流动性是冰川的一种重要特性，监测其流速变化可认为冰川物质平衡和冰川灾害研究提供重要信息.本文研究运用年的景/影像和偏移量跟踪技术提取亚洲最大的山岳冰川之一南图为高程模型.是模式,距离向辨别率比影像低为必.误差分析须对距离向像素进行两倍过采样后再和年本文采用偏移量跟踪技术独立地提取了南伊内月日获取的I影像匹配.模式包括和极化,仅包括极化.为统一,本文研究均采里切克冰川在个时间段内的I平均流动速度，从图可以看出各个时间段内日勺速度分布高度吻合，说用极化数据.明该技术应用于山岳冰川流动监测是可靠的I.其主要误差来源是影像配准、地理编码以及地形引起日勺成果及误差分析偏移量.本文中影像配准的I误差控制在.个像素.左右，即对应斜距向和方位向约.和.日勺速度解算假设冰川运动平行局部坡面并朝向最大坡度方误差,平均到每天运动速度误差大概足./,，“，向O，根据图表达的雷到达像几何关与冰川运动的速度相比图，这个误差可以忽视.系,我们通过方位向和斜距向的I位移量可以计算出假如增长信噪比阈值，精度就能得到提高，但合格的样本会减少.本文采用辨别率的高程冰川在正北和正东方向的位移分量:、数据作为地理编码参照.等曾讨论了一面‘高程数据日勺误差,认为欧亚大陆％区域的/,口一/，口一o绝对高程误差在.左右”.托木尔峰区地形较【/,口~■/~o,o:-复杂,绝对高程误差也许不小于•.但高程数据的I相对精度要大大优于绝对精度”.对于地一行方融一理编码,相对高程误差的影响要远不小于绝对误差,而且冰川主体部分坡度较缓,一般不超过图，所\.心以辨别率的高程数据在本文研究中是弋方\/位向可以满足规定的!.由于是年获取的,部喝怨线方向分雪域高程发生了变化，地理编码的I误差仍然存在.慨向此外,冰川平行于局部坡面流动的假设也会带来——、石挚:定时误差.由于非冰雪覆盖区域点日勺形变值理论上..？，，O“，对速度O应当为零,可以作为速度控制点估计值的精度进行粗略评估.本文提取大量控制点作验证,发现%的控制点速率都在/如下，图升轨雷到达像几何示意图这个误差值比速度观测值要小得多.方位向和地距向分别为雷达飞行方向和视线方向在地面上日勺投影；日为雷达入射角；为飞行方向与正北方向的夹角顺时针旋转；冰川运动规律分析一要为地距向和正北方向夹角.图中箭头所指均为正方向.0・冰川强度图解译图给出了研究区域年月日获取欧I;日；影像强度图,冰川的轮廓很清晰.其上游为粒雪盆,即积累区,如图中椭圆区域、所指的;口一/.位置，由于表面重要被分布和大小都均匀的粒雪覆.万方数据地球物理学报.•卷图南伊内里切克冰川主体部分H勺维地形图”o•O••o•ooo••o•oo//•o♦o•o••o,,/图南伊内里切克冰川各个时间段日勺日平均速度分布图底图为,箭头表达流动方向.时段;时段;时段;时段;时段;时段.万方数据期李佳等:偏移餐跟踪技术估汁天山南依内里切克冰川运动图研究区域.强度影像——黑色区域表达无影像覆盖.，*盖，因此强度图显得很均匀和光滑.其中、下游为冰带图.附加冰带一般位于雪线附近,平衡线之上舌，如图中白色长、短虚线和点线标注处.冰舌表面的部分在暖季不会产生径流，对冰川有补给作用，而被夹杂着岩屑和冰块的I冰磺覆盖,冰磺体积大小不平衡线之下的部分会在暖季逐渐消融殆尽图，一，因此强度图显得比较粗糙.尾部有冰川支流阻断产生径流，对冰川没有补给作用.冬季附加冰带则冰川融水形成的麦兹巴赫湖图中矩形区域所不停增厚,处在相对稳定状态图，因此冰舌上指的位置.由于水面的回波信号太低，因此很轻易段夏冬两季流速图差异很大.冰舌的中段部分图和其他地物区别开来.中白色短虚线所在位置表层是被冰磺覆盖着的冰.影响冰川流速提取的原因分析川冰，散射特性较稳定，因此获取的速度保持了很好的持续性.速度成果图中常出现某些“空洞值”或者速度突.南依内里切克冰川的运动特性变点，这是失配准的成果.降雪、消融、风吹雪、雪崩、裂缝等自然现象会使目日勺散射特性发生变化,进而河床坡度一定期,大冰川运动要比小冰川快得多.南伊内里切克冰川是世界上最大的山岳冰川导致两期影像失配准.以图中、椭圆区域为例,其夏季流速图图和中对应的区域，之一,其流动速度自然较大图.而冰川厚度一定时,河床坡度越大越有助于冰川流动.我们在个时其位置在图中进行了标识几乎为空白，而冬季流速图图和中对应的区域却十分持续.这间段里持续观测到的I两个高速区，即图中的I和是由于图中、椭圆所在区域是冰川的积累区，矩形区域由于个时段速度图覆盖区域一致,只夏季降雪密度大,并且新雪轻易质变,因此目的I表面在图中标注了其位置.为了便于比较，我们作了散射特性在夏季极不稳定;而冬季降雪稀少,表面一研究区域的坡度图,显示于图,其中的I和矩形层重要是新雪通过缓慢重结晶形成的粒雪，目时表区域与图的对应区域对应.结合该坡度图来看，这面散射特性相对稳定.又如在冰舌上段图中白色两处的坡度值有一种平稳增大的过程,坡度范围为长虚线所在位置，其夏季流速图图、和中］，但个时间段的速度图非空洞速度值对应对应的位置断断续续，掺杂着空洞值和奇异值，而的坡度大小均在如下.图中和矩形区域冬季流速图图、和中对应的位置则平滑日勺坡度从突变到以上参照图中和矩持续,几乎没有噪声.这是由于冰舌上段是附加冰带形区域，而坡度为以上的区域的速度图在个的生成区,表面的粒雪层在暖季会通过消融产生大观测时段内均为空白或者奇异值，只能在其外围观量融水或径流,冬季则开始冻结于冰上,形成附加冰测到某些速度增长的I信号.通过对比、、、万方数据卷••地球物理学报图南伊内里切克冰川重要附加冰带所在区域的I夏季和冬季/波段影像对比辨别率夏季影像;冬季影像.其中中黑色点线为南伊内里切克冰川概略雪线位置..沁.■・q・•图峰矩形框位置肚I同期光学影像发现:处表面持续，没部.在月到月这个时间段内图矩形,发现/有发现明显裂缝;处在坡度最大的河道转弯处内该处日平均速度为所有观测值中最大,到达侧有少数分布较规则的I裂缝图圆形区域;而图.这重要和北面的I麦兹巴赫湖有关.冰川融、两个大坡度区域冰川表面裂缝密布，裂口长宽水径流和浮冰是该湖的重要水源,暖季会有大量的不规则图、中的I圆形区域.地面坡度增长时，冰消融形成径流注入该湖,导致水位迅速上升.水位山岳冰川局部剪应力和流动速度随之迅速增长,导上升后,冰川前端开始浮动,大量冰体脱落成为浮冰,导致冰川物质亏损.下游物质亏损后需要上游加致冰川裂缝生成和变化,地表样貌被变化,进而使影像局部失配准.此外,冰面裂缝的生成和发速补充，因此速度激增.这点与等人的I考察育是冰川运动流速变化日勺重要标志,可认为观测冰成果一致.月到月在该处图矩形也观川运动周期提供重要根据由于上述空白区域在测到了速度增长的信号图，但这一期的影像没个观测时段速度图中形状和大小十分靠近，可以有覆盖冰川分流节点，因此捕捉到的高速区范围很推测失配准是由坡度从突变至引起的•小.而其他时段图、、、的速度均很小.由冰舌尾部有条分支图中点线标注流向北此可以推测该湖水位在月持续上升，而在万方数据期李佳等:偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动图与图中、、、矩形位置对应的/波段影像辨别率、、、分别对应、、、矩形.月至次年月则保持相对平稳.止匕外，作为山岳冰川着海拔升高,冰川温度迅速减少,并且趋于稳定.另日勺南伊内里切克冰川的运动方式不一样于冰盖南极、外冰川运动跟冰川厚度有关,不一样步期降雪量不一样，/格陵兰等,其速度沿冰舌向末端逐渐减小,从因此流速体现出来的季节变化并不是严格的周期性降到/,这重要是由于冰川日勺厚度沿冰舌向变化,只在趋势上和温度变化保持一致.下逐渐减薄所致.本文观测到的冰川运动速度和等估计日勺.南依内里切克冰川的流速变化该冰川年的速度采用数据相比冰川的运动机制十分复杂,本文观测到日勺是冰在冰舌部分下降约/.如前所述,冰川流速主川表面运动速度•个时间段的观测成果均显示冰要和冰川自身规模大小有关.一条健康冰川的速度川运动的主流线在冰川的轴部,流速由轴部向两侧一般是稳定的,而与运动速I度减慢相伴的是冰川末I递减；由冰川源头向下至雪线处运动速度逐渐增长，端厚度减薄和位置退缩.在将近一年日勺时间内，该然后再向冰川末端逐渐递减.速度图显示,最高流速冰川主体的流动速度较为稳定.在全球变暖的影响图中的矩形区域到达/.在约一年的下,大部分山岳冰川开始退缩和减薄.世纪到时间内该冰川主体日平均速度为~/.为年代天山冰川的运动速度大概为~/,这个了更详细地理解该冰川运动速度分布,沿冰舌图速度与本文成果吻合.本文还没有找到有关南伊内中白色短虚线标注处持续取个样点的速度值，里切克冰川运动状况日勺其他详细记载,单用与通过三次样条拟合作剖面图,显示于图.各个时段成果中部分区域流动速度比较尚不能分析该冰川物所有采样点欧平均速度依次为./一一I质亏损的程度.假如可以获取更多的数据,我们就能I99/—99建立该冰川日勺运动模型,根据运动变化状况掌握冰./.工./伊内里切克冰川的运动场./影像的I时间持续性和南伊内里切克冰川的冰磺覆盖为偏移量跟踪技术获取持续的冰川表面流速提供了基础,然而冰川积累区降雪、附加冰带消融、陡坡区域裂缝发育等客观事件日勺发生对速度的获取仍有局部影响.尽管如此,本文仍得到了整个冰川不一样季节的J平面运动场,并且在所有个时间段内观测到欧I运动场非常吻合.详细地分析揭示南伊内里切克冰川运动具有如下规律:流速由轴部向两侧递减，由源头向下至雪线处运动速度逐渐增长,然后再向末端逐渐递减;流速大小和坡度大小呈非线性正有关,坡度从突变至时,冰川运动加速会导致裂缝发育;夏季受冰川湖影响,尾部分支流速能激增至/;暖季速度会高/.在冰舌上提于寒季~/.该冰川的冰舌主体日平均速度为~/,局部最高速度可以到达/.取了某些样点的I速度作记录，成果显示各个时段中所有样点的I平均速度最高可达./.最低可至./.冰舌部分的速度和年的数据相比下降了约关键词南伊内里切克,冰川,偏移量跟踪技术,流动速度,物质平衡中图分类号收稿日期一,一收修定稿〜川整体进退和物质平衡变化趋势.本研究小组将继一,./一？续跟踪该区域冰川的I运动速度变化状况.此外需要和./一.如前文所指出的是，由于南伊内里切克冰川在影像中处在边述，托木尔峰区气温月最低，月不稳定，、月气缘位置，而相似轨道编号下的卫星影像覆盖会有轻温稳定回升，月气温大幅升高，月气温最高，止匕微错动，因此冰川尾部观测值覆盖面不尽相似，但没后开始减少，月末至月初气温大幅回落口？.从有影响对冰川运动规律的研究.数据上看,冰川流速随温度减少而减少，随温度升高而升高,有一种季节起伏过程.从剖面图来看，各期结论速度值在剖面线上段比较稳定，没有明显季节性差别,但从剖面线处开始分化，暖季速率会高于监测冰川物质平衡变化对于保护环境和发展经寒季/,并且不如寒季稳定.这是由于一济具有重要意义，而冰川运动是冰〜川物质平衡发生方面暖季冰川增温，冰的黏度迅速减小；另首先暖变化的一种重要信号，因此监测冰川运动变化可以季冰川内部及底部的融水出现会润滑河床底.但随为研究冰川物质平衡提供重要信息.本文运用偏移万方数据卷地球物理学报一/.各观测时段内所有采样点的平均速度最/时段，最低为./时高可达.段.这些冰川运动速度特性可认为科考人员提供一定的路线指导,还能协助冰芯研究者选择比较理想的冰芯钻孑位置,为古气候环境特性重建与研究提供参照根据引.影像已成为获取冰川流动速度的重要信息源,然而纵观目前的研究,大多集中在南极和格陵图图中矩形区域和图中矩形区域的放大显示兰两大冰盖，以及挪威斯瓦尔巴特群岛入海冰川等，.只有少数研究是有关内陆山岳冰川喜马拉雅、阿尔.唔卑斯、天山.本文运用影像成功提取了南伊内量跟踪技术获取了南伊内里切克冰川个时间段内里切克冰川的I详细运动信息、,各个时间段内的J速度日勺二维运动场.详细分析了影响灰度偏移量技术监分布特性吻合,并且符合山岳冰川的运动规律，阐明测冰川运动日勺原因，并结合强度影像、坡度图该技术可以很好地应用于山岳冰川流动监测.这对和光学影像分析了南伊内里切克冰川流速日勺分布特加大我国西部冰川监测力度，保护西部自然环境和征，揭示流速大小和地形、季节和冰川湖的关系•发研究全球变化具有重要意义.目前约一年欧I时间内该冰川主体日平均速度为~谢致感谢日空局提供/数据，/,和等得到日勺成果大体一致，但在冰舌国家自然科学基金委员会”中国西部环境与生态科部分略有下降，幅度约/.所取冰舌取样点的学数据中心”〃.•・提供I流动速率为~/,暖季速率会高于寒季〜中国冰川编目信息系统.图冰舌部分速度剖面图横轴起点为图中白色大实心圆,终点为白色小实心圆..“•，•*・・缸・・参照文献9••任炳辉中国的冰川兰州甘肃教育出版社，李忠勤,沈永平,王飞腾等.冰川消融对气候变化的响I应？以乌鲁木齐河源号冰川为例冰川冻土,，，.・-9♦，，，•，•6，，•.口，，？.万方数据期李佳等:偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动，.？谢.■:谢“理,，・户.9rth.Q7，•••，•,，，••，•••，••••U-U o/J•.，，,,.・抛・，，・,,,,,..删,..,,..西・,,・,..户.•以・,,把.”砸・,,佛口口卅聊地”.，一.阳・・・,,..二.“・*..尺把・,，一..,,.】.,周建民，李震，李新武.基于/雷达干涉数据的中国西部山谷冰川冰流运动规律研究.测绘学报,，.彳卸”・.超口以・.，呻・地？如.疗.，，？...甜.，，刘时银,丁永健,李晶等.中国西部冰川对近期气候变暖时,.响应.第四纪研究,,:.，锄“，，・，.崛觑.洲抛啪.抗,•口・？O,♦••oO••••.土淑红,谢自楚,李巧媛.近期东西天山冰川变化日勺对比研,,:.究.冰川冻土,，.，，，，，？.】，，..口..，，？..,,•韩海东，刘时银，丁永健等.科其喀尔巴西冰川日勺近地层基.邙，本气象特性.冰川冻土,，，，，....,,.”.”,研,，..如.纠..・・盯.，，，，，.*/，•，万方数据地球物理学报.・卷地？【，.月”川口,叶庆华，陈锋，姚檀栋等.近年来喜马拉雅山脉西段纳本，，.那尼峰地区冰川变化的遥感监测研究.遥感学报,，？•・阳”.把”.，,.如・，・・，.肌把.,,9-9,♦♦••••9，，•，•本文编辑何燕万方数据SAR偏移量跟踪技术估计天山南依内里切克冰川运动作者李佳，李志伟，汪长城，朱建军，丁晓利，LI Jia,LI Zhi-Wei,WANG Chang-Cheng,ZHUJian-Jun,DING Xiao-Li作者单位李佳，李志伟,汪长城，朱建军,LI Jia,LI Zhi-Wei,WANGChang-Cheng,ZHU Jian-Jun中南大学地球科学与信息物理学院，长沙,410083,丁晓利,DING Xiao-Li中南大学地球科学与信息物理学院,长沙410083;香港理工大学土地测量与地理资讯学系，香港,九龙刊名地球物理学报英文干名Chinese Journalof Geophysics年,卷期,564参照文献36条

1.李忠勤,沈永平.王飞腾冰川消融对气候变化的I响应？以乌鲁木齐河源1号冰川为例［期刊论文］-冰川冻土

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