融合多源遥感数据的南极接地线提取方法研究

Grounding line is one of the critical parameters to study the stability of Antarctic ice cap and the mass balance of ice shelf system. Accurate extraction of its location is of great significance to evaluate ice cap stability, calculate basal melting volume, assess of ice shelf mass balance, and analyze the global sea-level changing..Previous remote sensing based grounding line extraction methods either take advantage of ocean-induced temporal changes in the ice surface elevation or make use of the small-scale surface topographic features associated with the onset of flotation are visible through gradients in surface shading. Though several researches show that snow/ice shows different characteristics on the ice sheet and ice shelf, which are divided by grounding line, studies using such information to extract grounding line have not been published or reported yet. Amery Ice Shelf, east Antarctica, is the nearest ice shelf with China's East Antarctic research station, Zhongshan. A lot of experiments and in-situ monitoring data have been obtained in this area. Thus, grounding line of Amery Ice Shelf is chosen as the study area. In this research, hyperspectral images (e.g. EO-1 Hyperion) and geometry observations (e.g. ICESat/GLAS altimetry) will be used, and a grounding line extraction geometric model- EMGL will be constructed to integrate such multi-source data. In EMGL, imagery spatial information, e.g. gray level texture and edge, physical properties of surface snow, and the geometric parameters of grounding zone are used as inputs. EMGL model provides a new grounding line extraction method, and will improve the accuracy of remote sensing extraction of grounding line. The research will contribute to researches on ice cap stability and basal melting.

接地线是研究南极冰盖稳定性和冰架物质平衡的关键参数之一，其准确提取对于评估冰盖稳定性、计算冰下消融量、分析物质平衡状态，以及全球海平面变化等研究至关重要。目前的遥感提取接地线方法大多基于冰面地形和接地线区域高程的周期性变化，已有研究表明以接地线为分界的冰盖/冰架呈现不同的冰雪特性，但还没有将冰雪的光谱响应特性与接地线提取进行结合的研究发表或报道。本项目以距离我国"中山站"最近并已经具备大量地面和实验数据的东南极Amery冰架周边接地线为研究对象，基于高光谱遥感影像（如EO-1 Hyperion）和几何观测数据（如ICESat激光测高），以接地线区域影像的灰度纹理、边缘等空间信息、冰雪物理特性信息，以及接地带几何形态、结构等关键参数作为输入，构建融合多源遥感数据的接地线提取EMGL几何模型，提出一种接地线提取新方法，提高接地线遥感提取的精度，为冰盖稳定、冰下消融等研究提供更准确可靠的数据。

南极接地线是南极冰流脱离冰床的地方，是接地冰盖和漂浮冰架的边界线，也是陆地冰和海洋冰的分界线。接地线是研究冰盖的稳定性和冰架物质质量平衡的关键参数之一，经过接地线，从“上游”内陆流出来的冰开始漂浮在海面上，并和周边的海水达到流体静力学平衡并受到海洋潮汐的影响做连续的垂直运动，通过接地线的冰流量是陆地冰物质平衡的主要物质消耗项。从完全接地的冰盖到自由漂浮的冰架之间的过渡区称之为接地带，宽度一般为几公里。接地线的位置是冰川变化的一个敏感因子，也是计算冰盖物质平衡，模拟冰盖动力学的数值模型，研究冰和海洋之间的相互作用的关键参数。.本项目以距离我国"中山站"最近并已经具备大量地面和实验数据的东南极Amery冰架周边接地线为研究对象，基于多光谱遥感影像（Landsat 8 OLI）、SAR遥感影像（ERS－1/2）和几何观测数据（如ICESat激光测高），以接地线区域影像的灰度纹理、边缘等空间信息、以及接地带几何形态、结构等关键参数作为输入，构建一种基于最小二乘的融合多源遥感数据的接地线提取几何模型，获取了整个东南极Amery区域的接地线，为冰盖稳定、冰下消融等研究提供更准确可靠的数据。.主要研究内容包括：（1）ICESat激光测高数据的处理方法，以及基于ICESat激光测高数据的接地线结构特征提取。在已有研究的基础上，发展了基于重复轨平面拟合的ICESat高程异常提取方法，并基于重复轨高程异常实现了接地线结构特征的提取；（2）基于Landsat 8 OLI影像的接地线提取。通过目视解译光学影像亮度的变化来提取冰表面有连续坡度变化的地方，并用于接地线位置的提取。（3）基于InSAR的接地线提取。先匹配雷达影像相对，然后从相位信息中追踪变化量，最后通过分析相关图得到接地线的位置。（4）基于最小二乘的多源遥感接地线融合方法研究。基于最小二乘原理，研究提出了一种利用离散的高精度接地线（散点）修正连续接地线位置的方法，用ICESat获取的接地线散点调整Landsat 8 OLI影像获取的静态接地线，获取了东南极Amery区域完整的接地线。