近20年喀喇昆仑中部地区冰川变化特征的SAR/InSAR探测与研究

In the context of global warming, most of mountain glaciers and ice caps worldwide are rapidly retreating, however, the glaciers of the Karakorum range are defying global warming: they remain stable state or are advancing. So an in-depth study on the glaciers abnormal dynamics in this region should be of the great significance to understanding regional responses and influences between the glacier dynamics-the climate change - the water resources. ..There are very few in situ observations of glacier dynamics in the Karakorum range, therefore, we proposed to provide an improved quantification of the glacier changes and their influence factors across the central Karakoram by means of multi-frequency and multi-polarization SAR/InSAR observation over nearly the past 20 years, combined with satellite altimetry and ground-based observations. Further we aim to reveal spatial-temporal features and mechanisms of these glacier changes...Our specific research objectives include: 1) the analysis of SAR backscattering characteristics of the typical objects in the glacial area, and then the use of multi-mode SAR/InSAR to extract glacier boundaries, subglacier debris covers and other glaciers morphological parameters and their changes; 2) the development and optimization of estimation algorithm of ice flow velocity with SAR/InSAR imagers to obtain the complete two-dimensional glacier velocity field and its variability; 3)the integration of multi-period InSAR DEMs and satellite altimeter data (ie.ICESat GLAS), to refine 4D glacier thickness model to estimate the glacier mass changes; 4) the analysis and assessment of the spatial and temporal characteristics and the variations of the glacier dynamics above, and the assessment of the influences and function of glacier size, mass balance and subglacier debris cover and other local factors on the glacier dynamics, and finally the interpretation of the reasons for the variations of glacier dynamics.

在气候变暖背景下，世界范围内山地冰川加速消融，但现有野外局部观测发现，喀喇昆仑地区大部分冰川发生异常前进，然而，对整个地区冰川变化的空间差异和长期趋势缺乏深入研究。为此，我们利用近20年不断完善的SAR/InSAR技术，定量探测与研究喀喇昆仑中部地区冰川变化特征及其影响因素，揭示冰川变化的时空规律和机制。研究内容包括：1）分析冰川区典型地物散射特性，利用多模式SAR/InSAR提取冰川范围、冰表碛等冰川形态参数信息；2）发展和优化SAR/InSAR冰流探测算法，获取完整的二维冰流速度场；3）融合多期InSAR DEM与ICESat等卫星测高资料，精化4D冰川厚度模型，估算冰川质量变化；4）结合地面观测，分析冰川变化的时空特征及差异，评估冰川规模、物质平衡和冰表碛等局地因素对冰川变化的影响，阐明冰川变化差异的原因。研究成果对科学认识该地区冰川-气候变化-水资源的区域性响应和影响具有重要意义。

近年来喀喇昆仑地区的冰川变化出现“异常”现象，大部分冰川保持稳定或前进状态。由于地处偏远、自然环境险恶，冰川监测资料稀少且观测时间较短，迄今为止，该地区冰川变化的时空特征及其受气候变化影响尚不十分清楚。本课题在研究山地冰川变化SAR/InSAR探测方法基础上，利用性能不断完善主被动多源卫星遥感影像，定量估算和分析了近20年Karakoram中部地区冰川流速、冰厚变化及其气候和局地因素的影响，主要研究成果：（1）通过山地冰川二维冰流场主被动遥感反演方法的比较分析，提出了一种基于Landsat7 ETM+ SLC-off影像的冰流速估算方法，改进了山地冰川三维流速SAR/InSAR反演算法，提高了该地区冰川流速估算的观测频率和可靠性；（2）提出了一种双站InSAR山地冰川地形和冰厚变化精密估算方法，验证了TanDEM-X双站SAR在山地冰川质量变化探测的能力，为研究山地冰川物质平衡提供了新的技术手段；（3）Karakoram中部90年代至2000年代冰流速减小，而2000-2010年间冰流速增大，冰流速变化主要由温度和降水共同作用，另外，南北坡冰川冰流速存在明显差异，主要受冰川规模、坡度、朝向以及冰碛物覆盖的影响；（4）Karakoram中部锡亚琴冰川1974年至1980年处于积累状态，而1980年至2000年处于消融状态，2000至今消融加速，最大冰川减薄约-50m。通过上述研究，明晰了该地区冰川流速和冰厚变化的时空分布特征，促进了区域气候和局地因素影响冰川变化的理解，有利于科学认识该地区冰川进退的“异常”行为。