青藏高原山地冰川SAR影像监测研究 ——以珠峰区域为例

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冰川是特定气候条件下的自然产物,气候与水或冰的物理特征共同决定着冰川的规模及其发展变化规律。我国青藏高原地区由于其高海拔的地形特征和寒冷的气候条件,孕育了大量的山地冰川,在西部水资源变化中占有非常重要的地位。随着全球气温的不断升高,全球冰川正面临严峻的威胁,位于青藏高原的山地冰川也面临着同样的问题,在全球气温上升的大环境下,青藏高原地区约有80.8%的冰川在退缩,珠穆朗玛峰附近的巨大冰川群发生着剧烈的动态变化。这种变化不仅严重影响着青藏地区人民的水资源供给,而且青藏高原地区地势陡峭,冰川的变化极易发生雪崩、滑坡、冰湖溃决等自然地质灾害,严重威胁着藏区人民的生命财产安全。因此,对山地冰川区域进行长期、有效的监测迫在眉睫。2020年珠峰高程测量项目成为珠峰测量史上的里程碑,在诸多方面具有重要的意义,因此,本文依托于国家基础测绘项目支持下的珠峰高程测量课题之珠峰冰川变化监测子课题,选取青藏高原珠峰区域内具有代表性的数条冰川,通过对区域内冰川的变化监测研究,准确地反映出珠峰地区内冰川的流速变化与地表形变发展变化,对于珠峰地区内的主要地形、地物变化有了更加清晰和全面的认识,同时也客观的认识到气候变化对冰川变化的严重威胁,使人类应对全球气候变化、生态环境保护和自然灾害预防方面具有重要的现实意义。文章的研究成果如下:(1)冰川流速是冰川动态变化的一个重要特征,对冰川流速的有效监测有利于及时准确的反演冰川发展规律。其中,偏移量追踪技术是冰川流速分析的主流技术手段之一。本文采用偏移量追踪方法对珠峰区域内的Kangxiong冰川与Kazhenpu冰川等典型山地冰川的ALOS PALSAR-2影像数据进行处理,提取了两条冰川在2015-2016、2016-2017、2017-2018以及2019年共4个阶段的冰川流速分布信息。本文同时顾及冰川区域的高程和坡度对冰川流速的共同作用,引入空间三维表面模型,将平面单因素分析转至空间多维分析,通过构建二次曲面模型发现坡度-高程-冰川流速之间的变化关系。发现以冰川流速为因变量的冰川流速-坡度-高程模型中,高程二次项、坡度二次项及高程与坡度的混合二次项系数均远小于一次项系数,认为流速与高程和坡度均呈线性关系;高程H的一次项系数均为正,高程越大,流速越快,呈正相关。(2)本文将SBAS技术应用于山地冰川分布区域,探究区域地表形变对山地冰川形态变化的影响。2015年4月25日14时11分发生在尼泊尔境内的Mw7.8级地震使得地震对青藏高原地区山地冰川的影响成为一个研究热点。本文对24景ALOS PALSAR-2数据,采用小基线集合成孔径雷达干涉技术获取了测区的平均沉降速率图。通过基线约束和差分计算消除或削弱了地表起伏引起的相位残差、大气延迟引起的相位残差及其他噪声引起的相位残差,从而得到较为可靠的沉降速率图。为进一步确定冰川变化与地震之间的关联,本文将形变量及形变量贡献度归一化,对受到尼泊尔地震影响地形变化严重的冰川进行了震前、震时、震后的冰川流速监测,结合地表形变与流速变化共同分析尼泊尔地震对研究区内冰川的影响程度。得到如下结论:(1)距离震源越近影响越大,地表形变越剧烈。随着时间变化,形变量呈逐渐减少的趋势,地表变化趋于稳定;(2)地震打破了地形沉降的自然规律,导致地震前或震后若干年内研究区内部分地区出现小幅度的抬升现象,以及受自然地形的变化,震时及震后一段时间内冰川运动速度呈加快趋势。
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