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Synthesis of the ICESat/ICESat-2 and cryosat-2 observations to reconstruct time series of lake level

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International Journal of Digital Earth 2023年第1期16卷 183-209页

作者： Ye Feng Leiku Yang Pengfei Zhan Shuangxiao Luo Tan Chen Kai Liu Chunqiao Song School of Surveying and Land Information Engineering Henan Polytechnic UniversityJiaozuoPeople’s Republic of China Key Laboratory of Watershed Geographic Sciences Nanjing Institute of Geography and LimnologyChinese Academy of SciencesNanjingPeople’s Republic of China College of Resources and Environment University of Chinese Academy of SciencesBeijingPeople’s Republic of China

Synthesis of multi-satellite altimetry facilitates the acquisition of long-term changes in lake level but may induce biases due to inconsistent data sources,and thus remains largely unexplored.This study investigates the integrated application of Ice,Cloud,and land Elevation Satellite(ICESat),ICESat-2,and cryosat-2 missions to provide consecutive lake level series in 2003–2020.The sample comprises 48 lakes in the world with gauge-based or Hydroweb water level data.The cryosat-2 data arefirst adjusted to the ICESat-2 height reference based on the mean values of their monthly water level difference during their overlapping period(2018–2020).Then,the corrected cryosat-2 data are used to link the ICESat and ICESat-2 data.Results show that in the sample lakes,the deviations between cryosat-2 and ICESat-2 data vary and range from-0.78 m to 0.13 m.The data quality of the synthesized time series is evaluated by comparing against the validation data,with an average R^(2) of 0.84.This study shows that cryosat-2 has the potential offilling the gap between ICESat and ICESat-2.The three altimeters can be expected to integrate effectively for monitoring lake water level changes in the past two decades.

关键词： Lake level cryosat-2 ICESat ICESat-2 satellite altimetry

Arctic sea ice thickness variations from cryosat-2 satellite altimetry data

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Science China Earth Sciences 2021年第7期64卷 1080-1089页

作者： Feng XIAO Shengkai ZHANG Jiaxing LI Tong GENG Yue XUAN Fei LI Chinese Antarctic Center of Surveying and Mapping Wuhan UniversityWuhan 430079China

Arctic sea ice plays an important role in Earth's climate and environmental system.Sea ice thickness is one of the most important sea ice parameters.Accurately obtaining the sea ice thickness and its changes has great significance to Arctic and global change research.Satellite altimeters can be used to derive long-term and large-scale changes in sea ice thickness.The leads detection is vital in sea ice thickness estimation by using satellite altimetry.Different leads detection methods are compared with remote sensing images,and results show that the detection method that uses waveform parameters can obtain improved results.The model for the conversion of freeboard to thickness is optimized by considering the incomplete penetration of snow for radar altimeters.We derive the estimates of the Arctic sea ice thickness for November 2010 to December 2019 by using the cryosat-2 altimetry data.The sea ice thickness from the IceBridge and draft data from the upward-looking sonar are used to validate our thickness results.Validations show that the accuracy of our thickness estimates is within 0.2 m.Variations in the Arctic sea ice thickness are analyzed using the PIOMAS model and air and sea surface temperatures.A sharp increase in sea ice thickness is found in 2014.

关键词： cryosat-2 Arctic sea ice Thickness Global change

利用cryosat-2 SAR模式数据确定北冰洋海平面模型

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大地测量与地球动力学 2023年第6期43卷 606-611,621页

作者：陈国栋陈钰金涛勇张志杰李黎苏州科技大学地理科学与测绘工程学院苏州市215009 江苏海洋大学海洋技术与测绘学院江苏省连云港市222005 武汉大学测绘学院武汉市430079

围绕cryosat-2卫星SAR模式测高数据处理方法展开研究,利用决策树算法确定冰间水道观测值提取的参数和阈值,进而建立北冰洋海冰覆盖海域的海平面模型UST-CS2。结果表明,UST-CS2与DTU21海平面模型具有较高的一致性。ICESat-2激光测高数据... 详细信息

围绕cryosat-2卫星SAR模式测高数据处理方法展开研究,利用决策树算法确定冰间水道观测值提取的参数和阈值,进而建立北冰洋海冰覆盖海域的海平面模型UST-CS2。结果表明,UST-CS2与DTU21海平面模型具有较高的一致性。ICESat-2激光测高数据的验证结果表明,UST-CS2的标准差为10.72 cm,与DTU21等模型精度基本持平,证明该模型具有可靠性。

关键词： cryosat-2 北冰洋海平面海冰卫星测高

cryosat-2雷达高度计海冰波形优选特征分类

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测绘通报 2023年第5期 164-169页

作者：吴斌王志勇李兴田康山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590

监测海冰的类型变化或厚度变化是较为有效的海冰监测方式,本文通过cryosat-2雷达高度计对北极海冰类型开展研究。利用雷达高度计对北极海冰进行分类,一方面是难以挑选出最优特征参数,另一方面单一的雷达高度计数据难以实现海冰的相对精... 详细信息

监测海冰的类型变化或厚度变化是较为有效的海冰监测方式,本文通过cryosat-2雷达高度计对北极海冰类型开展研究。利用雷达高度计对北极海冰进行分类,一方面是难以挑选出最优特征参数,另一方面单一的雷达高度计数据难以实现海冰的相对精细化分类。针对以上问题,本文构建了一种利用卡方检验、互相关信息及Wrapper包装法组合的特征优选方法,利用该方法挑选出的特征子集(SSD+Sigma0+LTPP+PP+SK+LEW)结合随机森林分类法将北极地区的雷达高度计数据分为海水、一年薄冰、一年厚冰及多年冰。本文方法在训练集分类正确率为93.32%,验证集正确率为92.42%,Kappa系数为0.90,均优于其他特征组合,可以基本实现对北极地区海冰的有效分类,同时分类结果也有助于海冰厚度的反演。

关键词：波形分类特征优选雷达高度计北极海冰 cryosat-2

基于cryosat-2的北冰洋海面高确定方法研究

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基于CryoSat-2的北冰洋海面高确定方法研究

作者：陈钰江苏海洋大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,北极地区气候环境变化明显,气温升高的速度达到全球平均水平的两倍,使得格陵兰岛冰盖以及分布于北冰洋周边的冰川、冰帽加速消融,从而导致海平面的加速上升。在科学研究中,海平面情况是反映气候是否变暖的一个重要指标,... 详细信息

进入21世纪以来,北极地区气候环境变化明显,气温升高的速度达到全球平均水平的两倍,使得格陵兰岛冰盖以及分布于北冰洋周边的冰川、冰帽加速消融,从而导致海平面的加速上升。在科学研究中,海平面情况是反映气候是否变暖的一个重要指标,也是分析气候对海洋和冰盖影响的重要参数。北冰洋覆盖面积约占北极面积的60%,对北冰洋海面高的研究对于北极乃至全球的气候变化都有重要的意义。cryosat-2卫星雷达高度计由于其大尺度、全天候全天时监测以及可对海域上较小浮冰进行精确测量的优势,成为研究北冰洋海面高的一种有效手段。目前,利用cryosat-2数据确定北冰洋海面高存在着两个关键问题:回波波形的分类和波形重跟踪。因此,本文基于cryosat-2 SAR模式L1b波形数据对确定北冰洋海面高中的两个关键技术进行研究,主要研究内容和结果如下:(1)研究了cryosat-2 SAR模式回波波形的特点,选用PP、SSD、PPL、Wd、ETPP五个波形特征参数,与参数阈值法、决策树法以及聚类分析法三种分类方法组合,分别对回波波形进行分类,并利用MODIS遥感影像对分类结果进行对比验证,结果表明:聚类分析法在冰间水道识别方面的用户准确率最低为70.1%,参数阈值法与决策树分类法准确率相当,均能够对冰间水道观测值进行较好的识别。(2)关于北冰洋海域的波形重跟踪问题,本文采用重跟踪阈值算法,选取20%、40%、60%作为重跟踪的阈值系数对冰间水道波形进行重跟踪校正,并将改正后的三组海面高数据与cryosat-2 L2数据进行对比。结果表明:L2数据自带的海冰定制重跟踪校正算法精度优于常用的重跟踪阈值算法。(3)基于上述方法获得了北冰洋海面观测值,通过格网化建立海冰覆盖区的北冰洋海平面模型,该模型的空间分辨率为5km×5km,并将获得的北冰洋平均海面高模型与DTU15、UCL13、DTU21模型进行对比,平均差值分别为:-0.100±0.047m、0.003±0.054m、-0.030±0.035m,结果表明基于cryosat-2数据建立的北冰洋海平面模型在空间分布上精度较高,但存在着一定的系统偏差。该论文有图30幅,表15个,参考文献71篇。

关键词：北冰洋 cryosat-2 波形分类波形重跟踪平均海平面模型

基于cryosat-2测高数据的全南极冰盖DEM的建立与精度评估

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地球物理学报 2017年第5期60卷 1617-1629页

作者：李斐肖峰张胜凯鄂栋臣程晓郝卫峰袁乐先左耀文武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079 北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875

数字高程模型(DEM)是南极冰盖变化研究的基础,由于现场实测数据的稀缺,卫星测高数据是南极地区构建DEM的'主要数据来源.cryosat-2是新一代用于极地冰盖、海冰监测的测高卫星,本文利用2012-12-2015-01两个完整周期的cryosat-2测高数据建... 详细信息

数字高程模型(DEM)是南极冰盖变化研究的基础,由于现场实测数据的稀缺,卫星测高数据是南极地区构建DEM的'主要数据来源.cryosat-2是新一代用于极地冰盖、海冰监测的测高卫星,本文利用2012-12-2015-01两个完整周期的cryosat-2测高数据建立一个新的南极冰盖DEM.坡度是影响卫星测高精度的重要因素之一,利用改进的重定位方法对cryosat-2数据进行坡度改正.插值方法是影响DEM精度的重要因素,通过对几种常用插值方法的比较,最后选用克里金插值方法对测高数据进行插值,建立了1km分辨率的南极DEM.在88°S以南的cryosat-2数据空白区,利用南极数字数据库(ADD)的等高线数据对DEM进行填补,建立了全南极冰盖DEM.利用ICESat卫星测高数据、IceBridge航空测高数据以及GPS地面实测数据对新建立的cryosat-2 DEM进行精度验证,并与Bamber 1 km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及JLB97 DEM等四种国际上常用的南极DEM进行比较.结果表明:新建立的cryosat-2 DEM的整体精度约为0.730±8.398 m;在冰弯顶部区域,DEM精度优于1 m;在冰架上,DEM精度约为4 m;在内陆冰盖大部分地区,DEM精度优于10 m;在地形复杂的山区和沿海边缘地区,DEM误差超过150 m.

关键词：南极冰盖数字高程模型 cryosat-2

基于cryosat-2与船载重力测量数据反演我国近海海域重力异常

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同济大学学报（自然科学版） 2017年第10期45卷 1531-1538页

作者：柯宝贵张利明王伟许军章传银党亚民中国测绘科学研究院北京100830 海军大连舰艇学院海洋测绘系辽宁大连116018

基于cryosat-2三年半的卫星测高GDR(geophysical data records)数据,使用海面高梯度,依据最小二乘配置方法得到了南海部分海域垂线偏差格网,结合移去-恢复技术采用逆Vening-Meinesz的球面一维傅里叶变换算法快速计算我国近海海域测高重... 详细信息

基于cryosat-2三年半的卫星测高GDR(geophysical data records)数据,使用海面高梯度,依据最小二乘配置方法得到了南海部分海域垂线偏差格网,结合移去-恢复技术采用逆Vening-Meinesz的球面一维傅里叶变换算法快速计算我国近海海域测高重力异常CASM_GRA.与船载重力测量数据融合后,重力场精度在2.75~5.38mgal之间,平均偏差在-0.21~0.45mgal之间.与DTU13重力场模型相比,平均值最大改进为12.98mgal,标准差最大降幅近3.40mgal.与Sandwell V23.1模型相比,平均值最大改进为13.58 mgal,标准差最大降幅为1.09mgal.

关键词： cryosat-2 重力异常测高船载重力测量

基于cryosat-2数据的南海2'×2'重力异常计算与分析

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中国石油大学学报（自然科学版） 2015年第3期39卷 70-75页

作者：万剑华李家军刘善伟杨俊钢中国石油大学地球科学与技术学院国家海洋局第一海洋研究所

利用cryosat-2数据计算南海高空间分辨率高精度重力异常,对cryosat-2 level 2 SIR_GDR-2A数据进行轨迹分析和交叉点分析。基于测高数据集（第1-4周期）,借助加权最小范数最小二乘解计算网格剩余垂线偏差分量,然后计算中国南海海域（4°... 详细信息

利用cryosat-2数据计算南海高空间分辨率高精度重力异常,对cryosat-2 level 2 SIR_GDR-2A数据进行轨迹分析和交叉点分析。基于测高数据集（第1-4周期）,借助加权最小范数最小二乘解计算网格剩余垂线偏差分量,然后计算中国南海海域（4°-24°,105°-120°）2＇×2＇重力异常。结果表明,cryosat-2数据轨迹密度高且分布均匀规则,交叉点不符值均方根值为15.9 cm,略高于同步时间段的Jason-2 GDR数据。与船测重力相比,中国南海海域（4°-24°,105°-120°）2＇×2＇重力异常误差为4.5×10-5m·s^-2。

关键词：卫星测高 cryosat-2 逆Vening-Meinesz公式重力异常

利用cryosat-2波形数据建立南极Lambert冰川流域DEM

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地球物理学报 2020年第8期63卷 2893-2900页

作者：肖峰李斐张胜凯郝卫峰耿通宣越武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079

Lambert冰川-Amery冰架系统是南极冰盖最大的冰流系统之一,对南极冰盖物质平衡研究有着重要的作用.数字高程模型(DEM)是进行南极冰盖研究的基础.本文基于cryosat-2 L1b波形数据,研究建立了Lambert冰川流域高分辨率DEM.测高卫星返回波形... 详细信息

Lambert冰川-Amery冰架系统是南极冰盖最大的冰流系统之一,对南极冰盖物质平衡研究有着重要的作用.数字高程模型(DEM)是进行南极冰盖研究的基础.本文基于cryosat-2 L1b波形数据,研究建立了Lambert冰川流域高分辨率DEM.测高卫星返回波形在冰盖区域存在变形,需进行波形重跟踪处理.利用交叉点分析方法对重心偏移法(OCOG)、阈值法和β参数法等常用的波形重跟踪方法对不同类型的cryosat-2波形的适用性进行了研究.最后,利用克里金插值方法建立了500 m分辨率的Lambert冰川流域DEM——LAS DEM(Lambert Glacier-Amery Ice Shelf system DEM).利用ICESat卫星测高数据和GPS地面实测数据对LAS DEM进行精度验证,并与另外两种基于cryosat-2数据的南极DEM进行了对比.结果表明:LAS DEM的整体精度约为0.295±2.7 m,优于另外两种cryosat-2 DEM;在冰盖内陆地区,LAS DEM的高程误差在2 m之内;在Amery冰架上,LAS DEM的精度优于1 m.

关键词： cryosat-2 数字高程模型 Lambert冰川流域波形重跟踪南极