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基于星载微波遥感数据的南极冰盖信息提取与变化监测研究

程晓  
【摘要】:南极冰盖的物质平衡和海平面变化是全球变化研究的一个重要内容。南极的地理环境和恶劣的自然条件给科学家赴现场考察带来了重重困难。微波遥感技术是监测整个南极冰盖变化的最佳手段。微波传感器具有全天时和全天候的观测能力,可以获取极地冰盖表面和次表面的详细信息。国内目前在极地遥感研究方面所做工作甚少,本文工作属国内首次较为系统的尝试。 合成孔径雷达干涉测量是测量南极地区数字高程模型和冰流的有效工具。目前的研究重点主要在西南极沿岸冰架地区,东南极内陆冰盖地区涉足很少。 散射计和辐射计数据具有较大的空间覆盖和快速重访率,这使其成为联系监测南极冰盖的极好工具。对长期积累的散射计和辐射计数据开展时序分析可以研究南极冰盖的变化趋势与异常。 本论文开展了利用干涉雷达技术在南极内陆冰盖地区提取数字高程模型和测量复杂冰流的研究,另利用大尺度的微波散射计和辐射计数据开展了冰盖冰架地区的变化监测研究。 主要研究内容包括: (1)格罗夫山地区数字高程模型提取 利用星载雷达干涉技术提取东南极内陆格罗夫山地区的数字高程模型,与GPS现场测量结果进行对比,取得了较好的精度。深入分析内陆冰盖地区重复轨道INSAR测量地形的精度和可行性。 (2)冰盖地区干涉去相干研究及应用 通过处理多种时相与空间基线的L波段和C波段干涉SAR数据,从干涉结果研究南极冰盖干涉各去相干源的影响特性。蓝冰区的相干性通常较好。冰盖地区临界基线短于平常值,空间垂直基线对干涉去相干影响大,L波段雷达干涉在保持相干性方面具有独特的优势。 (3)差分干涉雷达技术冰流测量模型研究与应用 研究差分干涉测量消除地形相位的方法以及雷达视线向位移与真实冰流位移之间的关系,详细阐述单向和升降轨双向观测测量冰流的模型及计算方案,并结合多组雷达数据采用多种方案在格罗夫山地区开展研究试验,其中基于JERS-1和ERS-1/2 SAR的四路差分干涉处理获得了很好的结果。论文还就冰流测量的误差来源进行了深入的分析。 (4)基于缠绕相位的冰流参数计算 提出基于缠绕相位的冰流参数计算模型,使得研究人员无需进行相位解缠即可获得冰流应变率等重要参数信息,提高了局部相位梯度大、相位解缠难度大 的干涉图的可用性。 (5)基于ENviSAY-ASAR的干涉处理研究 利用格罗夫山地区最新的ENVISAI二ASAR数据进行干涉处理研究,生成干 涉条纹,条纹中的冰流模式与前述ERS一1/2和JERS一1的结果基本一致。 (6)基于星载微波散射计和辐射计数据的冰盖特性及变化监测研究 结合微波与冰雪相互作用的理论,研究了南极冰盖的微波散射、辐射特征与 地形、温度等的关系。通过比较同季sAAS与NSCAT观测数据,发现Ku波段 不同观测方向对冰面微地形取向的敏感性。选取8个典型冰盖和冰架试验区,利 用ESCAT和SSMI历史数据(1992一2000)进行后向散射与亮温变化的时间序列 研究,得出南极大陆周围冰架与南极半岛地区处于融化加剧状态的初步结论。


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