基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础. 内插是建立数字高程模型的重要技术点, 插值方法有多种, 根据不同的适用情况, 不同的插值方法各有优劣. 利用克里格、 距离反权、 三角网剖分、 最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM, 通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较. 结果表明: 克里格插值方法的可靠性最好, 稳定性最高. 然后, 利用克里格插值方法, 基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM. 由于南极大陆实测数据有限, 缺乏对DEM的检核. 为了分析所建DEM的可靠性, 利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据, 对所建立的DEM进行了验证分析. 结果显示, DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高, 符合度在3 m以内; 距离卫星轨道越近的区域精度越高, 可达到1 m 以内. 在坡度较大, 高程变化较为显著的区域如沿海地区, 精度较低, 差距最大的点超过40 m.     

基于InSAR和ICESat的南极冰盖地区DEM提取和精度分析

结合InSAR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InSAR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InSAR 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.     

基于ICESat/GLAS数据的中国典型区域SRTM与ASTER GDEM高程精度评价

航天飞机雷达地形测绘(shuttle radar topography mission, SRTM)和先进星载热发射和反射辐射成像仪全球数字高程模型(advanced spaceborne thermal emission and reflection radiometer global digital elevation model, ASTER GDEM)提供了全球覆盖面积最广的数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据, 但其高程精度还未得到充分验证, 传统地面测量方法很难适用于验证大面积范围的DEM精度.以冰、云和陆地高程卫星/地学激光测高系统(ICESat/GLAS)高程数据为参考, 综合利用地理信息系统(geographic information system, GIS)空间分析、三维可视化与统计分析方法, 对中国典型低海拔沿海平原地区和高海拔山地的两种DEM数据高程精度进行了对比分析.结果表明, 高程值小于20m的低海拔地区, SRTM高程精度达到2.39m, ASTER GDEM的精度达到4.83m, 均远远高于这两种数据的标称精度; 而在西南山地, 这两种DEM的精度大约为20m, 与标称精度相当.最后, 建立了ICESat/GLAS与SRTM和ASTER GDEM的一元线性回归模型, 该模型具有较高的拟合度和显著线性关系, 可用于改善这两种DEM的高程精度.      

数字高程模型信息提取与数字水文模型研究进展

回顾了数字高程模型(DEM)数据的信息提取方法,阐述了由DEM提取的信息在水文水资源领域应用的现状,探讨了数字模型在水文科学中的作用和数字水文在数字地球所处的地位及应用前景。     

与遥感数据数字分析相复合的数字高程模型软件包

目前,人们对辅助数据与数字图象分析的复合普遍关注。其中,一个重要的辅助数据类型是数字高程模型(简称DEMs),以及由此派生的数据集合。然而,在现行图象分析系统中要求使用这些数据的软件却不多见。 这篇文章概述了DEMs在遥感数据数字分析中的作用,阐述了遥感应用中使用和处理DEMs的运算软件包(PRODEM)。这个软件包的一个重要特性是它包含了数据操作和格式转换模型。并允许直接同图象分析系统接口。     

CryoSat DEM与多种南极DEM的对比分析

南极洲被巨厚冰雪覆盖,地质构造以南极横断山脉为界,总体分为东南极地盾和西南极活动带.数字高程模型(DEM)是研究南极冰盖变化的基础数据之一.通过多期次数字高程模型相比较获得高程的变化信息,是分析南极冰盖厚度变化和物质平衡的重要手段.然而不同类型DEM之间存的平面误差和垂直误差影响分析结果的精度.首先利用配准消除DEM间...     

基于CryoSat-2雷达高度计数据的南极内陆冰盖高程变化与物质平衡

南极冰盖对海平面影响巨大,高程变化测量是南极物质平衡监测的重要手段。采用欧空局CryoSat-2雷达高度计数据,通过提取卫星升降轨的地面交叉点,监测了南极内陆冰盖的高程变化（物质平衡）。结果表明,后向散射能量对Ku波段的CryoSat-2雷达高度计的高程数据具有一定的影响,经后向散射能量校正后,时间序列上的高程变化变得平缓,高程变化与已有的降雪数据相比,更加符合实际情况。2010年11月至2017年11月南极内陆冰盖高程变化趋势为（-1.1±0.2）cm·a^-1。西南极的Kamb冰流高程变化率为（38.7±1.1）cm·a^-1,Moeller冰流高程变化率为（-10.3±1.2）cm·a^-1,部分Thwaites冰川区域高程变化率为（-13.4±1.8）cm·a^-1,东南极的Wilkes Land出现高下降区,最高达-20 cm·a^-1。Dronning Maud Land虽然出现变化异常的点,但整体并没有显著的高程变化。南极内陆冰盖质量变化为（-10.6±6.2）Gt·a^-1,整体上南极内陆冰盖质量变化平缓,部分区域变化较大,Kamb冰流达到（17.9±0.5）Gt·a^-1,Moeller冰流达到（-3.4±0.4）Gt·a^-1,部分Thwaites冰川区达到（-3.7±0.5）Gt·a^-1。     

基于数字高程模型的中国岩溶地貌研究进展及前景分析

数字高程模型（DEM）蕴含丰富的地形地貌信息,基于DEM的数字地形分析方法为岩溶地貌研究提供了科学、有效的技术手段。文章针对前人应用DEM研究中国岩溶地貌所涉及的关键技术方法,从岩溶地貌识别的尺度效应、岩溶地貌的识别与分类、岩溶地貌的形态及格局分析、岩溶区生态环境变化等方面进行了梳理和分析,提出未来应构建科学的岩溶地貌数字分类体系,对岩溶地貌进行多尺度、深层次的地形分析和定量表达,并从地形现状研究拓展到地形演变的过程与机理研究,发掘出DEM在岩溶地貌研究中更多的应用。     

处理DEM中闭合洼地和平坦区域的一种新方法

数字高程模型(DEM)中的闭合洼地和平坦区域影响着流域排水网络的自动提取.目前已提出很多方法来处理这两种地形,但均针对已经形成的DEM单元网格进行处理,结果往往生成伪河道及平行河道.在回顾分析了这些方法存在的问题后,提出了一种新的处理方法,该法认为DEM中的闭合洼地和平坦区域是由于低质量的资料输入、生成DEM时的内插误差等引起的.通过增加输入地形高程信息,避免了DEM中平坦区域和闭合洼地的生成,从而使由DEM生成的河网与实际河网能够精确拟合.实例分析表明,该方法效果明显.     

多尺度数字高程模型

以岩土工程边坡数值模拟仿真可视化为研究对象,分析、研究了数字高程模型(DEM)和样条函数。将非均匀B样条曲面拟合和准均匀B样条小波多尺度分解结合起来,实现多尺度DEM地形建模方法,设计了相应的算法。实验结果表明,其建模造型效果逼真,多尺度分辨率明显,是一种高效实用的建模方法。     

Evaluation of intermediate TanDEM-X digital elevation data products over Tasmania using other digital elevation models and accurate heights from the Australian National Gravity Database

The successful operation of the TanDEM-X satellite mission is the start of a new era of globally consistent and accurate digital elevation data for planet Earth. In this work available 12 m-resolution intermediate TanDEM-X products (DEM: digital elevation model; HEM: height error map; COV: coverage map; WAM: water indication mask) are evaluated over Tasmania. Elevations from the TanDEM-X intermediate digital elevation model (IDEM) are compared with (a) other global DEMs (30 m-resolution SRTM1 USGS v3 and 30 m-resolution Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflectometer (ASTER GDEM2), (b) the local 25 m-resolution DEM made available by Tasmanian environmental authority (DPIPWE), and (c) over 15 000 accurate ground-control-points (GCPs) from the Australian National Gravity Database (ANGD). The comparison with ASTER and SRTM over the area of Tasmania involves over 500 million valid TanDEM-X IDEM elevations. The root-mean-square (RMS) of 8.8 m indicates a reasonable to good agreement of TanDEM-X IDEM and SRTM, while ASTER shows almost twice the disagreement in terms of RMS (～16.5 m). Both, ASTER and SRTM show a (mean) offset of –1.9 m and –2.3 m w.r.t. TanDEM-X IDEM, respectively. By comparisons with GCPs, we find that SRTM and ASTER overestimate the terrain height. The comparison with the AGND GCPs also allows an estimate of the absolute accuracy of the IDEM, which is found to be superior to that of SRTM or ASTER. The RMS error of 6.6 m shows that the IDEM is close to the officially denoted 4 m absolute vertical accuracy considering that the GCPs are not error free. The height error map information layer is found to a suitable first indicator of the (local) accuracy of the IDEM in a relative sense. However, we find that the HEM tends to underestimate observed differences to the GCPs. Terrain-type analyses reveal that the TanDEM-X IDEM is a very consistent elevation database over Tasmania. In conclusion, our study demonstrates that the new TanDEM-X elevation data sets provide improved high-resolution terrain information over Tasmania and beyond.     

Terrain correcting Australian gravity observations using the national digital elevation model and the fast Fourier transform

The release of a digital elevation model (DEM) for Australia on a 9″ (～250 m) grid has enabled the computation of gravimetric terrain corrections thus allowing the computation of complete Bouguer anomalies across the continent. The terrain correction was calculated through a two‐dimensional fast Fourier transform algorithm applied to a linear, planar approximation of the terrain‐correction formula, and with a constant topographic density of 2670 kg.m^‐3. The technique was applied to two datasets in order to test for instabilities in the terrain‐correction algorithm: the original 9″ DEM, and a 27″ DEM averaged from the 9″ data. The 27″ terrain corrections were compared with values supplied by the Australian Geological Survey Organisation in Tasmania: 86% of these data were found to agree within 3.91 μm.s^‐2; 98% agreed to within 5.32 μm.s^‐2 (1σ).     

南极新生代海陆格局变迁对全球气候变化的影响

南极大陆记录了新生代以来地质演化中多次重大地质事件,包括大陆生长、裂解和离散、全球冷却和大陆尺度南极冰盖的发展等。尽管非常重要,但至今关于南极大陆新生代地质演化仍有诸多争论。文章主要针对塔斯曼通道和德雷克海峡贯通过程,系统总结并分析了南极洲、南美洲和澳大利亚的构造、岩浆和沉积演化历史。始新世晚期至渐新世早期开始发育的南极环极洋流（ACC）受德雷克海峡和塔斯曼通道扩张程度的控制。综合分析和对比研究表明,~34 Ma全球气候从"暖室"到"冷室"的转变与ACC开始的时间一致,表明构造通道的打开控制了ACC的发育,进而对全球气候产生了重要影响。最后,简要总结了南极作为一个完整的地球系统,其新生代地质演化如何控制海陆格局的变迁,并提出未来研究需要解决的关键问题。     

基于CryoSat-2卫星测高数据分析南极海冰厚度的时空变化

利用卫星测高数据能够获取大尺度、长时序的海冰厚度信息。相较于北极,目前南极海冰厚度特别是近期变化信息仍很缺乏。基于2013-2018年的CryoSat-2卫星测高数据,采用最低点高程法和静力平衡方程模型反演了近6年逐月平均海冰厚度并分析其时空变化规律。结果表明：2013-2018年南极海冰厚度整体呈现先上升后下降的趋势,其中,2014-2017年年平均海冰厚度表现为快速变薄。南极较厚的海冰集中在威德尔海西南海域,最大值出现在该海域2014年的7月（6.27 m）。年平均海冰厚度在2017年达到最低值。南极海冰厚度的时空变化研究可为深入研究海冰变化与全球变化的关系提供参考。     

基于CryoSat-2的东南极PANDA断面考察沿线DEM制作及精度分析

基于卫星测高数据,国际上先后发布了ICESat DEM、Bamber DEM等全南极DEM.相对于传统高度计,大轨道倾角、长重访周期的设计使CryoSat-2具有更大的数据覆盖范围以及更加密集的轨道覆盖;同时,SARIn模式的启用也提高了CryoSat-2对于南极边缘区域的监测能力.针对利用CryoSat-2数据提取DEM问题,对CroySat-2的轨迹覆盖特征、数据滤波方法、最优内插参数选取以及DEM精度验证等方面进行了探讨,并利用克里金插值法生成了东南极PANDA断面考察沿线1 km分辨率的DEM.结果表明：通过与ICESat数据对比,发现PANDA断面考察沿线DEM整体高程精度约为（1.57±3.30）m;但是,局部区域高程精度分析表明,DEM精度具有不均一性,随着坡度的增加DEM高程精度逐渐下降,高程稳定性也同时下降.