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利用SAR技术监测天山托木尔峰区冰川运动

作 者: 李佳
导 师: 李志伟
学 校: 中南大学
专 业: 大地测量学与测量工程
关键词: 冰川 速度 SAR 偏移量跟踪 滤波
分类号: P343.6
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
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内容摘要


冰川流速是研究冰川动态、物质平衡和气候变化的重要参数,并且能为冰川融化导致的灾害预警,例如洪灾、泥石流等提供早期有效信息。作为一种先进的空间对地观测传感器,合成孔径雷达可以对地表进行全天候的、面上的、高精度的监测,为开展极端环境下的山岳冰川动态监测提供了有效平台。本文围绕应用差分合成孔径雷达干涉测量技术(Differential Interferometric Synthetic Aperture Radar, D-InSAR)和偏移量跟踪技术(Offset-Tracking)监测托木尔峰区山岳冰川流速展开研究。针对冰川干涉图失相干噪声严重的问题,提出了一种新的滤波方法。采用D-InSAR和Offset-Tracking技术分别处理ERS1/2影像对和PALSAR影像对,得到了托木尔峰区山岳冰川高时空分辨率的二维平面形变场,归纳影响SAR技术获取山岳冰川流速的自然因素,分析山岳冰川的运动机制和规律,并结合其他观测数据总结了托木尔峰区冰川的稳定性。主要创新点和发现如下:1)本文提出了基于强噪声InSAR干涉图的等值线中值-Goldstein二级滤波方法。新滤波结合等值线滤波条纹边缘保持能力强和Goldstein滤波平滑效果好的特点,并且引入伪相干值对Goldstein滤波因子进行改进。实验结果证明强噪声干涉图经过新方法滤波后噪声水平大大降低而且分布均匀,条纹细节信息保持良好,在原本看不到信号的区域也可以恢复部分条纹,对提高D-InSAR监测结果的精度有重要作用。2)发现山岳冰川速度峰值所在的海拔高度和原始记录的雪线位置很接近,说明通过检测流速峰值位置变化可以为监测雪线变化提供参考。监测山岳冰川积累区-消融区面积比例变化是定量研究冰川物质平衡变化的手段之一,而雪线位置是估计冰川积累区-消融区比例的重要参数。因此本文的结果对于实现冰川物质平衡变化监测具有重要意义。3)“托木尔型”冰川大部分被冰碛覆盖的特点及SAR影像的时间连续性为D-InSAR和Offset-tracking技术成功获取时空连续的流速提供了有利条件,同时一些自然事件例如粒雪盆降雪、附加冰带融化和陡坡区域冰裂缝发育等会引起失相干和失配准,对结果造成局部影响。4)发现托木尔峰区山岳冰川的运动规律如下:速度由轴线向两侧降低,从源头向雪线处增加,再向尾部降低;速度大小与坡度成非线性正相关,特别是当坡度从3°剧增至16°时,冰川流速突变并引起表面裂缝发育;在冰川湖水位影响下,速度能剧增至96cm/day;夏季流速可以达到冬季的两倍;冰川主体的流速一般为20-50cm/day,但局部区域可以达到170cm/day。5)通过仔细检查冰川流速的年际变化,结合相关径流量监测数据,认为托木尔峰区山岳冰川正处于消融增强与降水增多的动态平衡当中,而且他们的流速还将保持一段时间。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 选题背景  10-11
  1.2 国内外研究现状和发展趋势  11-13
  1.3 本文研究目的和意义  13-14
  1.4 本文主要内容及安排  14-15
第二章 SAR技术监测冰川流速原理与研究数据介绍  15-21
  2.1 引言  15
  2.2 D-INSAR技术监测冰川流速原理  15-17
  2.3 OFFSET-TRACKING技术监测冰川流速原理  17
  2.4 研究区域和数据介绍  17-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章 D-INSAR技术监测天山托木尔峰区冰川流速研究  21-37
  3.1 引言  21
  3.2 强噪声INSAR干涉图的等值线中值-GOLDSTEIN二级滤波研究  21-32
    3.2.1 InSAR干涉图滤波方法综述  21-22
    3.2.2 强噪声SAR干涉图的等值线中值-Goldstein二级滤波  22-25
    3.2.3 SAR干涉图滤波结果评价指标介绍  25-26
    3.2.4 实验与结果分析  26-32
  3.3 D-INSAR数据处理过程  32-33
  3.4 D-INSAR数据处理结果  33-36
  3.5 本章小结  36-37
第四章 OFFSET-TRACKING技术监测天山托木尔峰区冰川流速研究  37-51
  4.1 引言  37
  4.2 OFFSET-TRACKING数据处理过程  37-40
    4.2.1 获取配准偏移量  37-38
    4.2.2 获取冰川偏移量  38-39
    4.2.3 获取平面流速  39-40
    4.2.4 滤波处理  40
  4.3 OFFSET-TRACKING数据处理结果  40-50
    4.3.1 托木尔峰西北区域冰川  41-44
    4.3.2 托木尔峰西南区域冰川  44-45
    4.3.3 托木尔峰东北区域冰川  45-46
    4.3.4 托木尔峰东南区域冰川  46-47
    4.3.5 南伊内里切克冰川  47-50
  4.4 本章小结  50-51
第五章 结果分析与讨论  51-62
  5.1 引言  51
  5.2 误差分析  51-53
  5.3 冰川SAR强度图解译  53
  5.4 影响冰川流速提取的客观因素  53-55
  5.5 山岳冰川运动的影响因子  55-60
    5.5.1 河床地形  55-58
    5.5.2 冰川厚度和规模  58
    5.5.3 冰川温度  58-59
    5.5.4 冰川湖水位  59-60
  5.6 天山托木尔峰区山岳冰川流速变化  60-61
  5.7 本章小结  61-62
第六章 总结与展望  62-64
  6.1 研究内容总结  62-63
  6.2 研究中存在的问题  63
  6.3 展望  63-64
参考文献  64-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间成果  71-72
  科研项目  71
  发表论文  71
  获奖情况  71-72

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 地球物理学 > 水文科学(水界物理学) > 陆地水文学、水文地理学(水象学) > 冰川
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