双站InSAR探测青藏高原典型冰川季节/年际质量平衡

Seasonal and inter-annual mass balances, which are the key features of glacier changes, are direct glacier responses to climatic variability. There are very few in-situ observations of glacier mass balances, and much limited knowledge of the seasonal and inter-annual changes of glacier mass balances on the Tibetan Plateau. Therefore, we proposed to detect the seasonal and inter-annual glacier mass balances of the selected several typical glaciers on the Tibetan Plateau by means of multi-temporal TanDEM-X bi-static InSAR data over several years, combined with satellite stereo photogrammetry and ground-based observations. Moreover, we aim to reveal the effect of climatic variability on glacier mass changes...Our specific research objectives include: 1) the development and optimization of bi-static SAR interferometry method to reconstruct multi-temporal glacier surface topography from TanDEM-X bi-static InSAR datasets; 2) the study of multisource-data-based estimation method for the penetration depth of X-band radar wave into ice and snow, co-registration method for multisource and multi-temporal DEMs and local-influences-based statistical method for glacier elevation changes, to estimate time-series results of glacier mass balances over several typical glaciers. 3) the extraction and analysis of the seasonal and inter-annual changes of glacier mass balances, and the assessment of relationship between glacier changes and climatic variability by employing meteorological data...Research results of this project should be of the great significance to predicting future glacier mass changes, evaluating water resources, and preventing glacier hazards and disasters on the Tibetan Plateau.

季节/年际质量平衡是非常重要的冰川时变特征，是冰川对气候变化的直接响应。青藏高原实地观测资料缺乏，冰川质量平衡季节和年际变化的认识十分有限。因此，本项目拟在青藏高原选取多个典型冰川，利用多年持续积累的TanDEM-X双站InSAR数据，并联合星载光学立体摄影测量和地面观测，探测季节/年际冰川质量平衡，揭示其受气候变化影响的规律。主要研究内容为：1）发展和优化双站SAR干涉测量方法，利用多期TanDEM-X双站InSAR数据，重建不同时期的冰川表面地形；2）研究基于多源数据的X-band雷达波穿透深度精确估计方法、多源/多时相DEM的精确配准方法和顾及局地因素影响的冰川高程变化统计方法，获取典型冰川的时间序列质量平衡结果；3）提取和分析冰川的季节和年际变化特征，结合气象资料，评估冰川变化与气候变化之间的关系。研究成果对该地区冰川变化预测、水资源评估和冰川灾害防治等具有重要意义。

青藏高原是全球中低纬度规模最大的现代冰川区，也是我国长江、黄河及南亚和东南亚等众多国际河流的发源地。自20世纪80年代以来，青藏高原气温升温速率是同期全球平均值的两倍，导致冰川呈现出长期质量亏损，不仅直接影响了我国及周边国家的生态环境安全和可持续发展，而且影响青藏高原乃至整个北半球大气环流运动及区域气候过程。季节/年际质量平衡是非常重要的冰川时变特征，是冰川对气候变化的直接响应。青藏高原实地观测资料缺乏，冰川质量平衡季节和年际变化的认识十分有限。本项目在为期三年的研究过程中，主要关注于以下研究内容，并取得了较好的研究成果，概述如下：（1）发展和优化了冰川表面地形重建的双站SAR干涉测量方法，完成了在SAR像空间利用多个时相InSAR相位值同时估计表面高程的方法，实现了多时相DEM的精确配准；（2）研究了X波段雷达波冰面穿透深度的精确估计方法，并由此结合多期TanDEM-X双站InSAR数据生成的冰川表面DEM，观测得到普若岗日冰原2011-2016年的年冰川质量平衡为：-0.52±0.10到0.44±0.10 m w.e. yr-1；（3）分析了气候变化对青藏高原冰川质量变化的影响分析，我们发现在较短的时间内（5年之内），降雪量的变化是冰川质量平衡的决定因素；（4）评估了冰川消融对区域水资源的影响，我们发现在青藏高原色林错流域区，21世纪初期冰川消融对流域湖泊水量增加的贡献为：5.52±1.07%，不是导致湖泊水位上升的主要因素。综上所述，本项目研究证实了利用空间大地测量技术对山地冰川质量平衡进行定期观测的可行性，为全球冰川变化研究提供了一种可靠的新方案。此外，研究成果初步揭示了短期气候变化对青藏高原冰川的影响，以及冰川变化对区域水资源的影响，对于预测青藏高原冰川的未来变化，以及区域水资源的合理规划和利用具有重要意义。