基于多时相L/C/X波段SAR影像的山区冰储量变化估算研究

Mountain glaciers are sensitive indicators of climate change, ice volume changes are more sensitive to climate change and are more able to reflect the contribution to glacial meltwater comparing with glacier area changes. At present, there are many researches on glacier area and the methods of glacier mapping are relatively robust, however, it is difficult to obtain high-precision DEM due to the complex terrain in mountainous areas, and glaciers elevation change is still a problem in the estimation of ice volumes. Based on this, the proposal will fuse ascending and descending INSAR DEMS to eliminate data holes and improve the precision of mountain DEM using the L-band, C-band, and X-band multi-temporal SAR data and the continuous monitoring of ice volume in mountain areas will be realized.

山地冰川是气候变化的敏感指示器，与冰川面积相比，冰储量变化对气候变化更敏感，也更能反映对冰川融水的贡献。目前对冰川面积的研究较多且方法比较成熟，然而由于山区地形复杂，高精度DEM难以获取导致冰川高程变化仍是冰储量估算研究中存在的难题。基于此，本项目拟利用多时相L波段、C波段、X波段的SAR数据，融合升降轨干涉数据对生成的DEM，消除数据空洞的同时提高山区DEM精度，最终实现山区冰储量的连续变化监测。

山地冰川是气候变化的敏感指示器，与冰川面积相比，冰储量变化对气候变化更敏感，也更能反映对冰川融水的贡献。由于山区地形复杂，高精度DEM难以获取导致冰川高程变化仍是冰储量估算研究中存在的难题。本项目以新疆玛纳斯河流冰川为研究区，首先利用光学遥感影像Landsat ETM+和Landsat 8 OLI，采用波段比值法提取冰川范围，并基于经验知识和第二次中国冰川编目数据对冰川边界进行人工修订。结合第二次冰川编目数据，获取研究区2000-2019年间的冰川面积变化情况。基于此，利用升降轨道Sentinel 1A/1B 三组SAR数据对生成研究区DEM，以C波段SRTM DEM为参考，对INSAR DEM进行水平方向的配准，并基于地形参数进行垂直方向的校正。校正后的DEM以激光测高点ICESat/GLAS和C波段SRTM DEM为参考，验证三期DEM的总体精度，选取最高精度的INSAR DEM作为2019年的冰川表面高程数据。计算2000年SRTM DEM和2019年的 INSAR DEM的差值，获取河流主源和左岸的冰川高程变化数据，结果显示近20年来冰川表面高程最大减薄可达到80m。分析地形因子和高程差值的关系发现，高程、坡度和坡向都是影响冰川消融的重要因素，分布在南坡向和东坡向、坡度小于35°和高海拔的冰川呈现减薄趋势。最终我们估算了河流主源和左岸的冰储量变化和冰川物质平衡，结果显示冰储量减少约为1.05×103km3，冰川物质平衡为-0.18± 0.10 w.e.a−1。通过本项目的研究，有利于我们全面了解研究区冰川的收支变化，为进一步研究冰川变化响应气候变化、干旱区水量平衡以及生态环境安全等问题提供科学依据和决策依据。