基于时序SAR数据的极地冰盖冻融状态和融化丰度探测方法研究

The high resolution polar ice sheet freeze-thaw information extracted from SAR data is one of the key factors for the accurate estimation of surface material loss and surface albedo of the polar ice sheet, which is an important indicator of global change. With the rapid enhancement of both the SAR HRWS data acquiring capability and the massive data processing capability represented by GEE cloud platform, the study of the large-area and long-series freeze-thaw high-precision detection for the polar ice sheet faces opportunities and challenges. Utilizing the increasingly rich temporal series SAR HRWS data, this project means to 1)first build a high-accuracy freeze-thaw state detection model for large-area ice sheets based on time series analysis technology, that can eliminate the negative influences arrived from the uncertain factors of SAR data, and can solve the time points’ parse and inconsistent distribution problem in the large-area SAR melting signal; 2) then propose an ice sheet melting abundance parameter to characterize the melting degree from the perspective of melting intensity and distribution, so as to compensate for the lack of quantitative indicators of polar freeze-thaw information; 3) analyze the space-time distribution characteristics of high-resolution freeze-thaw action of the Antarctic ice sheet, and the correlation with other factors such as temperature, ice flow velocity, elevation, and so on. The results can improve the research level of SAR remote sensing in the long-series and large-area quantitative application, and provide scientific basis for the research on the change of polar ice sheet, and meet the significant demand of China's polar strategy.

SAR探测的高分辨率极地冰盖冻融信息是冰盖表面物质流失和表面反照率准确估计的关键因素之一，是反映全球变化的重要指针。随着SAR高分宽幅获取能力和以GEE云平台为代表海量数据处理能力的快速提升，给长时序大区域极地冰盖冻融高精度探测带来了契机和挑战。本项目面向此研究方向，利用越来越丰富的时序SAR高分宽幅数据，1）首先重点建立基于时序分析技术的大区域高精度冰盖冻融状态探测模型，消除SAR数据在冰盖冻融探测中不确定因素的影响，解决大区域SAR融化时序信号稀疏和时间分布不一致等问题；2）其次从融化密集度和分布角度提出定量化表征融化程度的极地冰盖表面融化丰度参数，弥补极地冻融定量化指标的缺乏；3）最后开展南极冰盖冻融时空分布特征及其与温度、冰流速、高程等其它要素的关联性分析。研究成果能够提高SAR遥感在长时序大区域定量化应用中的研究水平，为极地冰盖的变化研究提供科学依据，满足我国极地战略重大需求。

南极冰盖是全球最大的冷源，是全球变化的敏感区和指示器。深刻认识南极冰盖的物质-能量平衡以及其稳定性是人类社会减缓与适应全球海平面上升影响的重要基础，对全球变化研究意义重大。冰盖冻融是准确估计冰盖物质损失和表面反照率的关键因素，是评价冰盖稳定性的主要指标。得益于近年来空间观测技术和地球大数据平台的快速发展，地球大数据平台为多源海量数据处理、分析、信息挖掘和规律认知提供了平台支撑，为南极冰盖冻融多尺度、大范围、长时序研究提供保障。.本研究面向南极冰盖冻融，结合地球大数据与海量时序合成孔径雷达（SAR）数据，开展了大范围、多尺度、时序高分辨率冰盖冻融状态快速探测方法研究，表征极地冰盖表面融化程度的冰盖的融化强度、丰度等定量化特征量的提取方法研究，以及南极冰盖冻融与气温要素的相关性及影响机制的探索研究。主要研究成果和创新点如下：.（1）依托地球大数据平台，提出了基于地球大数据的海量时序SAR数据快速获取及批处理技术方案，实现了南极地区长时序广域SAR数据的快速获取和批处理，形成了2014以来南极地区Sentinel-1 EW模式精处理数据集；（2）研发了基于轨道归一化技术的时序洲际尺度极地冰盖多要素信息快速探测模型，设计了多种针对极地冰盖表面冻融的强度和丰度指标并建立相应提取方法，获得了2015年以来环南极大陆40米分辨率月更新冰盖冻融状态和强度产品；（3）阐明了近年来南极冰盖冻融时空变化趋势，并通过南极冰盖典型区域长时序冻融与气温的关联性研究，揭示了南极冰盖冻融与气温间的强相关性且存在空间差异。.本研究成果为大时空尺度复杂数据处理和规律认知应用研究提供了技术支持，形成了研究极地环境快速变化与多圈层作用的新途径，同时为提升我国应对环境变化和极端气候能力、实现人类可持续发展目标的实现提供数据支撑。