北极新奥尔松地区海平面变化和陆地垂直运动分析

近百年来,全球正经历着以变暖为显著特征的变化,海水增温膨胀、陆地冰川和极地冰盖融化等因素导致全球海平面持续上升。北极新奥尔松地区现保存有典型的极地原始生态系统,客观准确地分析该地区的海平面变化,可以更好地为该地区自然生态环境监测和保护以及气候变化研究等提供基础。联合利用卫星高度计、验潮站和全球卫星导航系统(global navigation satellite system,GNSS)观测资料分析新奥尔松地区的海平面变化的线性趋势和季节性规律,通过同时段资料(1993-2018年)的分析显示,该地区地壳呈上升趋势,上升速率为(8.09±0.19)mm/a;验潮站相对海平面呈下降趋势,下降速率为(-7.31±0.36)mm/a;利用地壳运动修正后的绝对海平面上升速率为(0.78±0.41)mm/a,低于全球同期水平,与卫星高度计观测的绝对海平面变化结果具有很好的一致性,二者相差(0.23±0.46)mm/a。在进行区域海平面变化分析时,可利用GNSS修正验潮站相对海平面获得该区域的绝对海平面变化。利用修正后的海平面资料分析结果显示,新奥尔松地区海平面变化具有明显的季节性规律,每年10月-11月为季节高海平面期,3月-4月为季节低海平面期。通过海表面温度与海平面的相关性分析认为,随着海表面温度变化,海平面也发生相应的变化。     

联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

地球系统多尺度关键区域与关键过程的智能化测绘

作为地球系统中对全球气候变化最敏感的关键区域,冰冻圈的关键过程研究备受关注.同时,地球系统多尺度关键过程监测研究的必然趋势是从数字化测绘走向智能化测绘.本文针对冰川融化与海平面上升、极地冰盖稳定性及底部结构、南北极海冰变化与极端气候、冻土退化与地质灾害,以及地球系统下的宜居城市地下空间等5方面总结了智能化观测和智能化处理在地球系统关键过程方面的研究现状,进而展望了地球系统关键区域和关键过程的智能化测绘发展趋势,即健全智能化综合监测网络、建立关键区域大数据中心,以及搭建关键过程智能化模拟与预报系统等.     

格陵兰冰盖质量变化及其驱动机制研究进展

作为地球气候系统演变的“预示器”,格陵兰冰盖（Greenland ice sheet, GrIS）质量变化不仅是全球气候变化研究的重点领域,也是海平面变化研究的关键科学问题。结合多种大地测量技术及气候模式等回顾了GrIS近几十年质量变化,总结了不同手段的优缺点及其质量变化机制。基于卫星重力、测高等多种手段的研究结果表明,受不同手段自身特点的影响,计算的GrIS质量变化存在明显差异,导致对海平面变化的预测存在较大不确定性。GrIS质量的快速变化与多种驱动机制相关,包括地理环境导致的辐射反馈,海洋、大气热力过程及冰盖动力过程等影响。然而,不同机制之间的相互作用仍待进一步研究。针对目前手段和机制存在的不足,指出多源数据的融合应用、极地冰盖模式的进一步优化等可能是未来GrIS质量变化及其气候变化响应研究的重要方向。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge“冰桥”科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度, 对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

美国NASA冰桥(IceBridge)科学计划:进展与展望

美国NASA于2009年启动的IceBridge"冰桥"科学计划利用航空平台搭载的多源遥感传感器已在极区获取了连续的、高质量的观测资料。本文从多源航空遥感传感器及其采集数据的角度,对冰桥(IceBridge)科学计划做了详细介绍。其航空平台搭载的遥感传感器大致可以分为数字相机、激光雷达、雷达、重力以及辅助设备5类。本文又从冰雪3维立体制图、冰盖高程变化监测与物质平衡估算、海冰厚度与分布时空变化探测、卫星遥感校正与验证等4个方面对冰桥极地多源航空遥感数据的应用研究做了展望。冰桥科学计划将会大大促进人类对于气候变暖背景下两极所发生变化的理解。     

中澳合作南极Amery冰架科学考察

日前 ,中国和澳大利亚合作南极Amery冰架科学考察项目开始 ,武汉大学测绘学院教师张小红博士作为中方队员参加。主要项目包括雷达测冰 ,测定冰架厚度 ,动态监测南极冰雪的变化 ,研究全球气候变化 ,以及海平面变化同南极冰雪变化的相互响应关系 ;高精度GPS观测 ,获得冰架运动状态及物质平衡等连续观测资料 ,研究冰架的运动态势 ,为确定冰架动力学状态提供关键参数 ,同时获得冰架高程变化 ;海洋观测 ,研究冰架和海水间的物质交换过程的机制。此次科考有望在获取Amery冰架表面降雪累计速率 ;高精度GPS定位的高程数据为卫星雷达测高和数字高…     

极地遥感

极区是全球气候系统的重要组成部分, 对全球气候系统有显著的反馈作用。遥感是监测极区环境变化最有效的手段之一, 发展极地遥感意义重大。本文回顾了中国科学院遥感应用研究所近年来极地遥感研究方面所取得的一些成果, 包括卫星遥感监测技术和极区地面无线传感器网络遥感技术。     

极地区域气溶胶地基遥感观测及分析

依据全球气溶胶自动观测网在极地区域的观测,对以下问题进行了讨论:(1)温度订正在极地气溶胶光学厚度观测中的重要性及订正方法;(2)在极地进行仪器常数标定的可行性分析及温度效应的影响;(3)利用天空散射光观测反演气溶胶微物理和光学特性参数(粒子谱分布、散射相函数、复折射指数、单次散射反照率等)时,关于观测几何选择的问题,以及针对极地区域气溶胶特性的初步反演结果。这些研究可以为中国未来在两极地区开展基于自动太阳-天空辐射计的气溶胶地基遥感观测提供参考,为极地区域气溶胶卫星遥感及气候效应评估等研究提供重要支撑。     

闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验

遥感试验是进行遥感原理的验证、遥感模型与反演方法的发展、遥感产品的真实性检验,推动卫星计划的论证实施及其观测在地球系统科学中应用的重要途径。闪电河流域水循环和能量平衡遥感综合试验以滦河上游闪电河流域为核心试验区,以地球表层系统的水循环过程和能量平衡为研究对象,旨在通过天—空—地一体化的观测手段,针对不同典型地表类型开展全波段主被动协同遥感观测,研究异质地表和山地条件下像元尺度遥感关键参量的观测方案,研究重要水热参量的遥感方法及其同陆面/水文过程模型的结合,支撑国家民用空间基础设施和空间科学先导专项相关卫星计划的论证实施。其中,航空飞行遥感试验搭载L波段主被动一体化微波载荷、双角度热红外相机、四波段多光谱相机和高光谱成像仪进行协同观测,实现了土壤水分、组分温度、植被含水量、叶面积指数等地表参数以及湖泊、水库、湿地等的遥感监测;地面同步观测试验利用车载微波辐射计、地基雷达和光谱仪进行了典型地物如裸土、植被、水体、人工目标等的遥感观测,并按照样区—样方—样点的多尺度嵌套方案进行了地表参数的同步采样,获取了该地区关键地表参数的短时期时空变化特征;同时配合卫星和机载观测,在闪电河流域完成了土壤温湿度、地表水热通量、地表辐射四分量、降水等气象要素的地面观测网络的建设,为验证地表辐射/散射遥感模型,发展、优化和验证水热参量遥感反演算法,研究地表水热参量尺度效应与尺度转化问题提供了重要平台,将促进陆表能量与水分交换过程的理解及其对全球变化的作用和反馈机制的研究。     

基于光学遥感卫星影像的南极冰流速产品和方法研究综述EI北大核心CSCD

冰流速是反映在全球气候变化条件下南极冰盖变化及其稳定性最直接和最基本的指标之一,也是精确估算南极冰盖对全球海平面上升贡献的关键数据之一。光学遥感影像因其空间覆盖广、时间和空间分辨率高等优势,是南极冰流速大规模提取的重要数据源。本文首先对现有利用光学遥感影像进行南极冰流速提取的方法进行了综述,介绍了相关的软件和工具。然后,总结了20世纪60年代以来基于光学遥感影像生成的南极冰流速产品,并对南极典型区域的冰流速产品在物质平衡估算、冰架长时序变化监测等方面的应用进行了分析。最后,总结了光学遥感影像用于南极冰流速提取的优势及未来的发展趋势。     

联合卫星重力、卫星测高和海洋资料研究全球海平面变化

利用GRACE、卫星测高和海洋实测温盐数据,探讨了2003~2012年间全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化特征,并讨论了南极冰盖和格陵兰冰盖消融对全球海平面变化的影响。全球海平面整体呈上升趋势,上升速度为2.72±0.07 mm/a,且存在显著的空间分布特征。全球海平面、比容海平面和海水质量等的变化还具有显著的季节性特征,其中全球海平面变化的年周期振幅为4.6±0.3 mm。使用经验正交函数分析(EOF)得到全球海平面和比容海平面的季节性变化在南北半球存在显著的差异,但海水质量季节性变化不存在这种差异。南极冰盖和格陵兰冰盖的消融速率分别为-75.7±12.3 Gt/a和-124.1±2.9 Gt/a,对海平面的长期趋势项贡献分别为0.21±0.03 mm/a和0.34±0.01 mm/a,仅占全球海水质量增加速度1.80±0.10 mm/a的12%和19%,总计占31%,因此,两极冰盖质量消融并不是2003-2012年间海水质量增加的最主要因素。     

中国海洋卫星及应用进展

中国十分重视海洋遥感及其监测技术的发展,初步形成了具有优势互补的海洋遥感观测体系,并发挥了显著的经济和社会效益。其中,海洋一号(HY-1A/B)卫星已经广泛应用于中国海温预报业务系统、冬季海冰业务监测、夏季赤潮和绿潮监测、海岸带动态变化监测、近岸海水水质监测和渔业遥感监测等方面。海洋二号(HY-2A)卫星不仅填补了中国海洋动力环境卫星遥感的空白,也是目前国际上唯一在轨运行的集主被动微波遥感器于一身的综合型海洋动力环境卫星,具备同时获取风场、有效波高、海面高度和海面温度的能力。通过卫星获得的数据提高了中国海洋环境监测与灾害性海况预报的水平,为国民经济建设和国防建设、海洋科学研究、全球变化研究等提供了可靠的遥感数据,同时还在国际对地观测体系中发挥了重要作用,受到国内外用户的高度认可。海洋一号和海洋二号卫星系列为中国建立完善的海洋环境立体监测体系奠定了坚实基础。根据国家发展和"一带一路"建设的实施,在加快建设海洋强国、维护海洋权益和加快发展海洋经济的进程中对海洋遥感的发展也进一步提出了更高的要求和更紧迫的需求。为此,紧紧围绕国家海洋强国战略需求,在《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》中专门规划了海洋观测卫星系列,服务于中国的海洋资源开发、环境保护、防灾减灾、权益维护、海域使用管理、海岛海岸带调查和极地大洋考察等方面,同时兼顾陆地和大气观测领域的需求。在充分继承已有HY-1A/B、HY-2A、高分三号(GF-3)和中法海洋卫星(CFOSAT)成功研制经验和应用成果的基础上,发展多种光学和微波遥感技术,建设新一代的海洋水色卫星和海洋动力环境卫星,具备卫星组网观测能力;发展海洋监视监测卫星,构建优势互补的海洋卫星综合观测体系。通过空间基础设施的建设,海洋遥感卫星必将在建设海洋强国的进程中发挥出重要作用。     

全球气候数据集生成及气候变化应用研究

科技部在"十三五"期间部署的国家重点研发计划"全球变化及应对"专项资助了"全球气候数据集生成及气候变化关键过程和要素监测"研究项目。项目围绕由全球气候观测系统提出的基本气候变量,完善地空天基观测体系,生成中国首套以遥感数据为主体的涵盖大气、海洋和陆表长时间序列、高精度、高时空一致性的产品,即气候数据集,动态监测全球变化关键过程和要素。     

基于卫星测高后向散射系数的极区海冰分布特性研究

海冰对气候变化非常敏感,了解极地海冰分布范围和表面属性不仅对于极地环境非常重要,对全球温度趋势估计和建立全球气候模型非常关键。ENVISAT卫星可覆盖至南北纬81.4°,其携带的RA2雷达高度计为极地海冰研究提供了周期性的主动微波海冰探测途径。本文用ENVISAT雷达高度计探测的Ku波段后向散射系数对2011年南极和北极各月份的海冰覆盖特征（范围和海冰表面属性）进行了详细研究,利用海水和海冰的不同散射特征,设置后向散射系数阈值为13db可成功分离海冰和海水。除夏季外,雷达高度计和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的极区海冰覆盖边界高度符合。因北极中央区域（81.4°N以北）没有轨迹覆盖,本文只估计了南极海冰的覆盖面积,夏季海冰的覆盖范围面积比辐射计探测结果偏大,这和雷达高度计对离散薄冰较强的观测能力关,在海冰密集分布的其他季节结果则有很好的符合,其中冬季面积平均差异为0.17 Mkm2。分析了南极和北极海冰的分布特征差异,和南极相比北极冬季海冰表面较粗糙干燥,而夏季海冰表面湿度较大。本文研究结果表明ENVISAT雷达高度计可准确的探测包括海冰覆盖和海冰表面属性变化在内的海冰季节性演变过程,可在海冰监测、极地科考等领域中发挥重要作用。     

近20年海平面变化成因研究进展及挑战

揭示海平面变化成因有助于深入认识当前的全球气候变化,并做出积极应对。空间大地测量技术及海洋浮标观测极大地促进了对全球及区域海平面变化成因的研究,有效弥补了海洋模式对长期趋势估计不准确的缺点,有助于理解海平面长期趋势及年际变化的驱动因素。本文系统回顾了近20年关于海平面上升成因的研究进展,分析了陆地质量迁移不同成分对海平面上升的贡献。多源观测数据表明,海水质量增加贡献了2/3的海平面上升,其余1/3由海水热膨胀引起。由于气候变暖趋势没有减弱,陆地冰川消融和海水热膨胀均伴随加速度变化。这些研究成果不仅极大地提升了对当前海平面变化的认识,而且有助于约束对未来海平面上升的预测。最后,讨论了海平面变化成因研究中面临的困难与挑战:①在局部尺度上,使用观测数据尚不能完全揭示海平面长期趋势变化成因;②2016年后,全球平均海平面平衡方程的闭合差显著增大。     

FY-3B/MWRI和Aqua/AMSR-E海冰密集度比较及印证

本文对2011-07-01—2011-09-30风云三号B星(FY-3B)搭载的微波成像仪MWRI(Microwave Radiometer Imager)和Aqua卫星搭载的微波扫描辐射计AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for Earth Observing System)观测数据获取的海冰密集度产品进行比较及印证。首先,逐日比较FY-3B/MWRI和Aqua/AMSR-E区域平均海冰密集度;其次,逐月比较FY-3B/MWRI和Aqua/AMSR-E月平均海冰密集度;最后,使用Aqua卫星搭载的中等分辨率成像光谱辐射计MODIS数据进行印证。MWRI和AMSR-E比较结果为(1)MWRI与AMSR-E逐日区域平均海冰密集度变化趋势一致,MWRI海冰密集度均高于AMSR-E,7—9月MWRI与AMSR-E逐日平均偏差月平均值分别为8.55%、7.67%、2.58%,逐日标准差月平均值分别为12.16%、12.08%、10.43%,二者差异逐月减小。(2)MWRI与AMSR-E月平均海冰密集度差呈现逐月递减趋势,7—9月MWRI与AMSR-E逐月平均偏差分别为7.37%、6.53%、1.51%,逐月标准差分别为4.61%、4.36%、3.64%,MWRI与AMSR-E差异逐月减小的原因是二者在密集度较低的边缘区域差异较大,而夏季随着边缘区域海冰的融化,二者差异逐渐减小。MWRI和AMSRE海冰密集度与MODIS印证结果为:(1)密集度小于95%情况下,MWRI与AMSR-E海冰密集度均比MODIS偏高,AMSR-E更接近MODIS,MWRI高估,误差较大。(2)密集度大于等于95%情况下,MWRI与AMSR-E海冰密集度均比MODIS偏低,AMSR-E偏低更多,MWRI结果更好。     

湖泊遥感研究进展与展望

湖泊遥感作为一门新型交叉学科,是湖泊科学和遥感科学的重要分支.本文探讨了湖泊遥感科学的研究对象、内容和方法,通过梳理国内外总体研究进展,总结出湖泊遥感的5个发展趋势:(1)关注问题,从兴趣导向发展到问题导向;(2)观测手段,从地基遥感/中分辨率卫星发展到高分辨率/高光谱/无人机;(3)算法算力,从单机版经验/机理模型发...