基于雷达干涉青藏高原冻土演化模式及响应监测研究

Jointly using space-observed and ground-based data, the interaction between the permafrost degradation and regional climate change has become the key issue for the sustainable development of society. Permaforst,a sentitive factor for global warming in Cryosphere, has close relationship with the dynamic balance of hydrography, ecosystem,carbon cycle,landscape and infrastructures safty operation in reginal or global scales. Synthetic Aperture Radar (SAR) is capable of acquiring information under all weather conditions as well as at all times. Considering the above advantages as well as spaceborne platforms development,it is feasible and promising to monitor the permaforst in arid and cold districts using SAR remote sensing. In this project, w.r.t.the permafrost in Tibetan Plateau, we will study the algothrims for permafrost deformation monitoring and infrastruture early-warning using SAR data supplemented by other observations. Then, the coupling mechanism between permafrost and regional environment will further exploited. The deliverables of this project, particularly the methods, e.g. complicated scene SAR image registration, permafrost-oriented PS-InSAR (Persistent Scatterers Interferometric SAR) models and time series estimation, will be benefical for the sustainable development of Tibetau region, safety operation of Qinghai-Tibet Railway, and promote the scientific research between permafrost and regional enviromental change.

如何综合利用对地观测技术和地面实测数据，研究冻土时空演化模式与区域气候反馈作用，已成为当前人类生存和社会可持续发展的焦点。作为冰冻圈中全球变暖敏感因子，冻土关系着区域乃至全球水文、生态、碳循环、地表景观、基建设施的动态平衡和安全运营。充分考虑雷达遥感全天时、全天候特性及星载平台迅猛发展趋势，利用卫星雷达遥感获取边远、极寒冻土地表信息参数不仅切实可行，而且具有深远科学价值和应用前景。针对我国青藏高原冻土，本课题以雷达遥感为主导，地面实测为辅助，系统研究雷达干涉冻土形变精确监测和近实时预警模型，探索冻土时空演化与区域气候变化响应机制；突破复杂场景雷达影像高精度配准、地表形变场及时间序列估算等科学问题，提供面向冻土形变演化信息提取的PS-InSAR方法，为我国青藏边远地区建设、青藏铁路安全运营、社会可持续发展和区域气候、环境变化提供技术手段和理论基础。

作为冰冻圈中全球变化敏感因子，冻土关系着区域乃至全球水文、生态、碳循环、地表尽管、基建设施的动态平台和安全运营。考虑到冻土覆盖的广袤性和周边环境的严酷性，如何综合利用以遥感为主导的对地观测技术，结合典型地面实测数据，研究冻土时空演化模式及其与区域气候之间的交互响应关系，已得到当前学者们的关注，并成为当前人类生存和社会可持续发展的焦点。充分考虑雷达遥感全天时、全天候及星载雷达平台技术的迅猛发展态势，利用卫星雷达遥感获取边远、极寒冻土地表信息参数不仅切实可行，而且具有较好科学价值和应用前景。本研究以我国特殊地理单元青藏高原北麓河段为示范地，集成星地观测数据，系统研究雷达干涉冻土形变精确监测和近实时预警模型，探索冻土时空演化和区域气候变化响应机制；突破复杂场景雷达影像高精度配准、地表形变场及时间序列反演等关键技术，提供面向冻土形变演化信息提取的多基线雷达干涉MT-InSAR方法。.通过2013-2015三年集中研究和攻关，获得的重要结果包括如下：.1）实现了季候影响显著区自然场景多时间序列星载雷达影像高精度配准的算法，保证后续雷达干涉数据处理的精度；.2）实现了适用于冻土活动层形变监测的多基线雷达干涉测量方法与模型，包括小基线集和永久散射体方法；.3）完成了试验区X\C\L多波段星载SAR数据的收集和性能分析；多波段雷达干涉形变场的反演和交叉对比；.4）实现了1次野外综合试验，获取了青藏铁路典型路段地表形变实测数据，并完成雷达干涉反演结果的精度验证；.5）培养硕士研究生1名，发表科研论文6篇，其中SCI 5篇。.本项目研究可为我国青藏边远地区建设、青藏铁路安全运营、社会可持续发展和区域气候、环境变化提供技术手段和理论基础。