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基于多源数据的青藏高原典型冰川近五十年高程变化分析

基于多源数据的青藏高原典型冰川近五十年高程变化分析

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作者：孙一丹中国矿业大学

学位级别：硕士

冰川受气候影响,对气候变化的响应程度很高。在当前全球变暖的背景下,冰川的动态变化受到了国内外学者的广泛关注。冰川高程是冰川动态变化的重要参数之一,冰川高程变化的特征与冰川流速、气象因素以及属性信息密切相关。青藏高原是地... 详细信息

冰川受气候影响,对气候变化的响应程度很高。在当前全球变暖的背景下,冰川的动态变化受到了国内外学者的广泛关注。冰川高程是冰川动态变化的重要参数之一,冰川高程变化的特征与冰川流速、气象因素以及属性信息密切相关。青藏高原是地球中低纬度地区山地冰川的发育中心之一,也是我国孕育冰川的主要发源地,探讨青藏高原典型冰川高程变化的时空分布特征具有重要意义。早期高程数据匮乏,对冰川高程变化的研究相应较少,且面向青藏高原冰川所进行的高程变化分析多为单一地理单元的少数冰川。针对数据匮乏以及研究区单一的现状,本文选取覆盖青藏高原大区域的28条冰川,利用Hexagon kh-9遥感影像提取了DEM数据,并联合NASA DEM、AST14DEM等多源DEM数据进行差分处理,获取了研究区冰川在1973-2000年与2000-2022年两个时期的高程变化结果,联合多个驱动因子对青藏高原典型冰川高程变化进行深入探讨,论文的主要内容如下:(1)基于Hexagon kh-9立体像对的DEM提取针对1973-1980年高分辨率的Hexagon kh-9遥感影像建立了一套提取DEM数据的流程,主要包括数据的预处理、立体像对提取DEM以及DEM精度评定,证明了kh-9数据在冰川高程变化研究方面具有可行性。(2)基于多源DEM数据的差分处理联合kh-9 DEM数据、NASA DEM数据、AST14DEM数据以及利用ZY3影像提取的DEM数据,进行多源DEM数据的差分处理,获取青藏高原典型冰川在1973-2000年与2000-2022年两个时期的高程变化结果,证明不同区域的冰川高程变化特征各不相同,在不同时期高程变化也存在一定差异。(3)冰川高程变化的时空分布特征从多个角度探讨了冰川高程变化的时空分布特征,揭示了不同区域冰川、相同区域不同冰川的高程变化差异。结果表明:不同区域冰川高程变化时空分布各有其特点,喀喇昆仑地区、帕米尔高原等区域的典型冰川高程变化显著,而藏东南地区、喜马拉雅山地区等区域的典型冰川高程变化微弱。(4)冰川高程变化多驱动因子分析本研究结合冰川流速、气象因素以及冰川属性等利用地理探测器对研究区28条冰川的高程变化特征进行分析,得出结论:冰川流速和降水是影响冰川高程变化的主控因素。该论文有图35幅,表12个,参考文献共计91篇

关键词：青藏高原 kh-9数据 DEM差分冰川高程变化

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山地冰川变化参数的多源遥感提取与分析研究

山地冰川变化参数的多源遥感提取与分析研究

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作者：张鑫中国矿业大学

学位级别：硕士

我国是世界上第四大冰川资源国,也是中低纬度最大的冰川分布国。青藏高原的冰川资源更是可观,使得冰川在西部水资源变化中占有举足轻重的地位。因此,研究山地冰川的变化无论是对于全球变化还是对于西部干旱区的水资源变化都有着重要的... 详细信息

我国是世界上第四大冰川资源国,也是中低纬度最大的冰川分布国。青藏高原的冰川资源更是可观,使得冰川在西部水资源变化中占有举足轻重的地位。因此,研究山地冰川的变化无论是对于全球变化还是对于西部干旱区的水资源变化都有着重要的科学意义。由于山地冰川大多位于地形复杂的高海拔偏远山区,受到恶劣自然条件的影响和早期遥感卫星存档数据少的限制,难以获取高质量的遥感数据进行山地冰川长时间序列的动态变化研究,当前大多数大区域尺度的冰川动态变化研究其时间跨度小于10年,且主要集中在2000年以后,因此较为缺乏早期的长时间序列的区域型冰川变化观测资料。间谍卫星kh-9数据具有空间分辨率高、地面覆盖范围广、基高比大、成像时间早(1971—1986年)等优势,可为山地冰川长时间序列物质平衡研究提供很好的基础数据源,在本文中被作为主要数据源来提取研究区冰川在1974—2000年间的物质平衡;ICEsat激光雷达传感器获取的高程数据具有高精度、小脚印等优势,主要被用于提取研究区冰川在2000年后(2003—2009)的厚度变化信息。此外,针对国产高分辨率光学遥感卫星数据逐渐增多,但在山地冰川运动速度监测中国产卫星遥感数据使用却很少的现状,本文还利用了“高分一号”(GF-1)卫星影像数据提取了研究区冰川在2013—2017年间的运动速度,以此来验证GF-1数据在山地冰川运动速度监测应用中的可行性。论文的主要内容和成果如下:(1)提出了kh-9影像畸变十字标自动识别新方法,使kh-9影像畸变校正误差小于了一个像素,并在此基础上建立了详细完整的kh-9影像预处理和kh-9 DEM提取技术流程,结合提取的kh-9 DEM数据和SRTM数据,利用大地测量冰川物质平衡计算方法获取了研究区冰川早期、长时间序列的物质平衡变化特征(1974—2000年)。结果表明,雅弄冰川在近30年间不断消融,平均物质平衡为-0.30±0.04 m w.e.×a,整体上处于明显的物质负平衡状态;而西昆仑区冰川在近30年间的平均物质平衡为0.03±0.03 m w.e.×a,冰川物质量整体上处于近似平衡状态或轻微的正平衡状态。(2)详细介绍了ICEsat GLA14测高数据处理方法,介绍了基于ICEsat数据和SRTM数据的山地冰川厚度变化提取技术流程,并在90%的置信度条件下,获取了研究区冰川在2000年后的厚度变化信息。结果表明,雅弄冰川在2003—2009年间一直处于明显的厚度减薄状态,年减薄量为0.58m×a;西昆仑区冰川中不同小冰川在2003—2009年间的厚度变化具有一定的差异,但整体上呈增厚状态,年增厚量为0.20m×a。(3)详细介绍了基于光学影像的频率域相位相关冰川运动速度提取方法,介绍了完整的可用于GF-1数据的冰川运动速度提取技术流程,并以雅弄冰川为实验区域,获取了雅弄冰川在2013—2017年间逐年的运动速度分布特征。通过对比同分辨率、同时段的Landsat-8数据提取的运动速度结果,从非冰川稳定区域的残余位移和冰川主冰流线剖面运动速度两方面来评估GF-1数据在山地冰川运动速度提取研究中的可行性。结果表明,GF-1数据完全适用于山地冰川运动速度的提取研究。(4)分析了西昆仑区冰川和雅弄冰川在1974—2000、2003—2009年间的物质平衡和厚度变化参数的时空变化差异,并结合气象观测资料初步研究了物质平衡和厚度变化对气候变化的响应特征。发现藏东南海洋型冰川雅弄冰川对气候波动变化敏感,受夏季温度持续上升的影响,冰川的表面消融强烈,其在1974—2000和2003—2009年间均处于消融状态,厚度不断减薄,2000年后温度上升更快,使冰川消融也更加强烈;相反,青藏高原西北部的极大陆型冰川西昆仑区冰川对气候变化的响应较慢,对气温变化不敏感,降雨成为了气候变化的主导因素,降水量的增加引起冰川积累量的增加,使得西昆仑区冰川在1974—2000年和2003—2009年间均处于物质积累状态,且在2000年后更为明显。当然,冰川变化与气候之间存在复杂的内部机制,其间关系还需进一步探讨研究。

关键词：山地冰川物质平衡运动速度厚度变化 kh-9数据 ICEsat测高数据 GF-1数据

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