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基于ICESat和ICESat-2激光测高数据估算2003—2019年格陵兰冰盖物质平衡

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地球信息科学学报 2022年第3期24卷 558-571页

作者：李晴烁柯长青张杰范宇宾沈校熠南京大学地理与海洋科学学院南京210023 自然资源部第一海洋研究所青岛266061

格陵兰冰盖是影响全球气候变化的重要因素之一,其微小变化会引起海平面的显著变化,因此定量研究其物质平衡具有重要的科学意义。利用最新发射的ICESat-2卫星激光测高数据(2018年11月至2019年9月),联合ICESat数据(2003年2月至2009年10月)... 详细信息

格陵兰冰盖是影响全球气候变化的重要因素之一,其微小变化会引起海平面的显著变化,因此定量研究其物质平衡具有重要的科学意义。利用最新发射的ICESat-2卫星激光测高数据(2018年11月至2019年9月),联合ICESat数据(2003年2月至2009年10月),估算2003年2月至2019年9月格陵兰冰盖物质平衡。首先通过交叉点法得到冰盖表面的高程变化,再根据积雪堆积、表面融化和动力变化等物理过程计算密度值,最后经过粒雪含量、冰后回弹和弹性回弹校正计算物质平衡,并针对不同的冰川水文流域进行空间差异性分析。结果表明:(1)2003—2019年格陵兰冰盖主体的平均高程变化为-11.27±0.83cm/yr;(2)高程2000 m以下的冰盖呈较大的消融趋势,高程最大消融速率为-6.0 m/yr,总体积变化速率为-206.0 km^(3)/yr,2000 m以上的冰盖呈上升趋势,高程最大累积率为1.1 m/yr,总体积变化率为14.2 km^(3)/yr;(3)校正后触地冰的总物质平衡为-195.2±13.1 Gt/yr,其中东南部和西北部流域消融量较大,仅有东北部流域呈累积趋势;(4)2003—2019年格陵兰温度整体处于上升趋势,最大变化率为0.8 K/yr,降水在东部和西北部呈下降趋势,最大变化率为-0.1 mm/yr,在一定程度上加速了冰盖消融。

关键词：高程变化物质平衡 ICESat-2 ICESat 激光测高交叉点分析格陵兰冰盖触地冰

利用ICESat数据确定格陵兰冰盖高程和体积变化

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地球物理学报 2019年第7期62卷 2417-2428页

作者：陈国栋张胜军苏州科技大学环境科学与工程学院苏州215009 东北大学资源与土木工程学院沈阳110819

两极冰盖消融是造成海平面上升的重要原因,作为世界第二大冰盖,格陵兰冰盖消融速度在进入21世纪以后明显加快,引起了广泛关注.本文利用ICESat卫星激光测高数据,探讨了坡度改正的方法,通过改进平差模型解决了病态问题,并采用重复轨道方... 详细信息

两极冰盖消融是造成海平面上升的重要原因,作为世界第二大冰盖,格陵兰冰盖消融速度在进入21世纪以后明显加快,引起了广泛关注.本文利用ICESat卫星激光测高数据,探讨了坡度改正的方法,通过改进平差模型解决了病态问题,并采用重复轨道方法计算了2003年9月至2009年10月间格陵兰冰盖的体积和高程变化趋势,对格陵兰冰盖各冰川流域系统的变化情况进行了详细分析.结果表明,格陵兰冰盖在这6年间平均高程变化趋势为-16.79±0.84cm·a^-1,体积变化速率为-301.37±15.16km^3·a^-1,体积流失主要发生在冰盖边缘,其中DS1、DS8等流域的体积损失正在加剧,而高程在2000m以上的冰盖内陆地区表现出高程积聚的状态,但增长速度明显减缓.与现有研究成果的对比表明,算法优化后的本文结果更具可靠性.

关键词：格陵兰冰盖 ICESat 体积变化卫星测高重复轨道

利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化

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地球物理学报 2016年第1期59卷 93-100页

作者：李斐袁乐先张胜凯杨元德鄂栋臣郝卫峰武汉大学中国南极测绘研究中心武汉430079

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南... 详细信息

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a^(-1).解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.

关键词：南极冰盖物质平衡 ICESat 重复轨道

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基于ICESat的南极冰下湖活动监测方法

武汉大学学报（信息科学版） 2018年第10期43卷 1458-1464,1471页

作者：周春霞赵秋阳墙强武汉大学中国南极测绘研究中心极地测绘科学国家测绘地理信息局重点实验室

南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分,研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法,并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验,以东南极Acad... 详细信息

南极冰下湖是冰下水文系统的重要组成部分,研究冰下湖的活动对冰下水文、冰流速、冰盖物质平衡以及海平面变化有着重要的意义。介绍了利用ICESat重复轨道算法监测冰下湖活动的方法,并针对冰下湖不同活动情况进行了仿真实验,以东南极Academy12和CookE2冰下湖为例分析了该算法在实际监测中的应用。结果表明,两个冰下湖的活动导致其冰盖表面分别产生最大约6 m的上升和最大约70 m的下降。此外,当冰下湖高程变化在ICESat数据时间段内呈恒定的变化规律时,利用全部数据和重复轨道算法可得到不受地形影响的高程变化;当高程变化规律在该时间段不恒定时,需根据实际高程变化情况选取部分测高数据解算地形,从而保证得到正确的高程变化监测结果。

关键词： ICESat 冰下湖高程变化仿真模型重复轨道算法

ICESat激光高程点辅助的天绘一号卫星影像立体区域网平差

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测绘学报 2018年第3期47卷 359-369页

作者：王晋张勇张祖勋李晓陶鹏杰宋孟肖武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 地球空间信息技术协同创新中心湖北武汉430079 中国天绘卫星中心北京102102 武汉大学资源与环境科学学院湖北武汉430079

无地面控制点(简称无控)区域网平差是实现卫星影像无控测图的一项重要技术,对于境外和外业测控困难区域的测图具有重要意义。然而,无控区域网平差的定位精度一般难以满足对应比例尺测图规范要求。利用公开、可稳定获取的公众地理信息数... 详细信息

无地面控制点(简称无控)区域网平差是实现卫星影像无控测图的一项重要技术,对于境外和外业测控困难区域的测图具有重要意义。然而,无控区域网平差的定位精度一般难以满足对应比例尺测图规范要求。利用公开、可稳定获取的公众地理信息数据辅助区域网平差,是提高卫星影像无控定位精度的有效途径,其中ICESat激光高程点便是一种良好的高程控制数据。为了提高天绘一号卫星影像无控定位精度,本文提出ICESat激光高程点辅助的卫星影像模型法立体区域网平差方法。首先,以30 m分辨率SRTM估算的地形坡度作为限制条件,结合激光高程点自身质量评价信息,自动提取高质量ICESat激光高程点;其次,利用自动匹配的连接点进行模型法自由网平差,实现卫星影像几何定位精度的相对一致性(内部一致性);最后,将激光高程点自动量测至卫星影像作为控制点,其平面坐标根据自由网平差结果前方交会计算而得,高程坐标取自激光点高程,再次进行区域网平差精化定向参数,提高卫星影像的绝对高程精度。最后本文利用山东全省的天绘一号卫星影像进行试验,验证了本文方法的有效性和可行性。

关键词：无地面控制点区域网平差 ICESat RPC 天绘一号

联合GRACE和ICESat数据分离南极冰川均衡调整(GIA)信号

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地球物理学报 2016年第11期59卷 4007-4021页

作者：高春春陆洋史红岭张子占姜永涛南阳师范学院环境科学与旅游学院河南南阳473061 中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室武汉430077 中国科学院大学北京100049

2002年发射的GRACE重力卫星为南极冰盖质量平衡提供了一种新的测量方式,但由于南极GIA模型的不确定较大,进而影响GRACE结果的可靠性.本文联合2003—2009年的GRACE和ICESat等数据实现了南极GIA信号的分离,联合方法所分离的GIA不依赖于不... 详细信息

2002年发射的GRACE重力卫星为南极冰盖质量平衡提供了一种新的测量方式,但由于南极GIA模型的不确定较大,进而影响GRACE结果的可靠性.本文联合2003—2009年的GRACE和ICESat等数据实现了南极GIA信号的分离,联合方法所分离的GIA不依赖于不确定性很大的冰负荷等假设模型,而是直接基于卫星观测数据估算而来的,具有更大的可靠性.在分离过程中,本文提出了冰流速度加权改正法和GPS球谐拟合改正法对GIA结果进行精化,同时引入了南极GPS观测站的位移数据对分离的GIA进行详细的评估和验证,GPS验证表明经过冰流速度加权和GPS球谐拟合双改正后的GIA结果精度明显得到提高.最后本文利用所分离的GIA对GRACE和ICESat结果进行了改正,得到2003—2009年南极冰盖质量变化的趋势为-66.7±54.5 Gt/a(GRACE)和-77.2±21.5Gt/a(ICESat),相比采用其他的GIA模型,本文的GIA结果使GRACE和ICESat这两种不同观测技术得到的南极冰盖质量变化结果更加趋于一致.

关键词：南极冰盖冰川均衡调整 GRACE ICESat 质量变化

Potential and limitations of satellite laser altimetry for monitoring water surface dynamics:ICESat for US lakes

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International Journal of Agricultural and Biological Engineering 2017年第5期10卷 154-165页

作者： Liu Shu Jiang Qigang Xuesong Zhang Kaiguang Zhao Department of Geo-exploration Science and Technology Jilin UniversityChangchun 130021China School of Environment and Natural Resources The Ohio State UniversityColumbusOH 43210USA Joint Global Change Research Institute Pacific Northwest National LaboratoryCollege ParkMD 20740USA Ohio Agricultural and Research Development Center School of Environment and Natural ResourcesThe Ohio State UniversityWoosterOH 44691USA

Elevation measurements from the Ice,Cloud and Land Elevation Satellite(ICESat)have been applied to monitor dynamics of lakes and other surface water bodies.Despite such potential,the true utility of ICESat--more generally,satellite laser altimetry--for continuously tracking surface water dynamics over time has not been adequately assessed,especially in the continental or global contexts.This study analyzed elevation derived from ICESat data for the conterminous United States and examined the potential and limitations of satellite laser altimetry in monitoring the water level dynamics.Owing to a lack of spatially-explicit ground-based water-level data,the high-fidelity land elevation data acquired by airborne lidar were firstly resorted to quantify ICESat’s ranging accuracy.Trend and frequency analyses were then performed to evaluate how reliably ICESat could capture water-level dynamics over a range of temporal scales,as compared to in-situ gauge measurements.The analytical results showed that ICESat had a vertical ranging error of 0.16 m at the footprint level-an lower limit on the detectable range of water-level dynamics.The sparsity of data over time was identified as a major factor limiting the use of ICESat for water dynamics studies.Of all the US lakes,only 361 had reliable ICESat measurements for more than two flight passes.Even for those lakes with sufficient temporal coverage,ICESat failed to capture the true interannual water-level dynamics in 32%of the cases.Our frequency analysis suggested that even with a repeat cycle of two months,ICESat could capture only 60%of the variations in water-level dynamics for at most 34%of the US lakes.To capture 60%of the water-level variation for most of the US lakes,a weekly repeated cycle(e.g.,less than 5 d)is needed-a requirement difficult to meet in current designs of spaceborne laser altimetry.Overall,the results highlight that current or near-future satellite laser missions,though with high ranging accuracies,are unlikely to fulfill the general needs in remotely

关键词： ICESat lidar water resources lake dynamics water level satellite laser altimetry lake surfaces repeat cycle

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

基于InSAR和ICESat的南极冰盖地区DEM提取和精度分析

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冰川冻土 2015年第5期37卷 1160-1167页

作者：万雷周春霞鄂栋臣邓方慧武汉大学中国南极测绘研究中心湖北武汉430079 极地测绘科学国家测绘局重点实验室湖北武汉430079 长江勘测规划设计研究院湖北武汉430010

结合In SAR和ICESat测高数据,以东南极PANDA断面4个实验区为例,进行DEM生成研究.在干涉相位转换成高程前,引入ICESat测高数据作为控制点优化干涉对基线,消除基线线性误差趋势的影响.利用控制点之外的ICESat测高数据分析4个实验区的DEM... 详细信息

结合In SAR和ICESat测高数据,以东南极PANDA断面4个实验区为例,进行DEM生成研究.在干涉相位转换成高程前,引入ICESat测高数据作为控制点优化干涉对基线,消除基线线性误差趋势的影响.利用控制点之外的ICESat测高数据分析4个实验区的DEM精度及其差异,并探讨了引起DEM误差的原因.冰流和地貌特征是影响In SAR生成冰盖DEM精度的重要因素.针对冰流的影响,从理论上进行了分析并结合冰流速数据进行了分析验证.最后利用克里金插值法改正In SAR DEM残余误差,并利用GPS实测控制点对改正效果进行验证.结果表明:对于高纬区流速较小且分布一致的区域,改正效果很好,DEM精度可达3 m;而对于冰流速较大且复杂的地区,需采用多基线等算法进一步消弱冰流引入的误差.

关键词： InSAR ICESat 南极冰盖数字高程模型