联合CryoSat-2测高数据和地面高程数据建立东南极拉斯曼丘陵地区DEM

拉斯曼丘陵地区位于东南极伊丽莎白公主地,中国南极中山站位于拉斯曼丘陵的东部,是中国南极科学考察的重要地区。数字高程模型（DEM）是南极冰盖变化研究的基础,卫星测高数据是南极地区构建DEM的主要数据来源。CryoSat-2是新一代用于极地冰盖和海冰监测的测高卫星,联合2013年和2014年南极冬季的CryoSat-2测高数据以及中国、澳大利亚、印度三个国家现场测量的60余个地面高程数据,利用克里金插值方法建立了拉斯曼丘陵地区200 m分辨率的DEM（简称LA-DEM）。利用未参与插值的地面高程数据对新建立的LA-DEM进行了验证,并与Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2 DEM以及BEDMAP 2等四种国际上常用的南极DEM进行比较,结果表明LA-DEM的高程精度约为19.7 m,优于其他4种南极DEM。     

利用CryoSat-2测高数据研究东南极PANDA断面考察沿线高程变化

卫星测高技术是研究两极冰面高程变化和物质平衡状态的主要手段。相对于传统高度计,CryoSat-2不仅能够提供更加密集的轨道覆盖,同时也提高了南极边缘地区的测量精度。但369 d的重访周期也使得传统的基于交叉轨道算法的时序分析不再适用,通过对CryoSat-2轨迹特征的分析,提出了基于近重复轨道的冰面高程变化模型。针对CryoSat-2数据预处理,采用基于地表模型的粗差剔除方法进行了粗差剔除,并基于EnviSat与CryoSat-2的协同分析,对CryoSat-2中的后向散射能量进行了系统变化趋势改正。利用2012-01~2014-05的CryoSat-2数据,对东南极PANDA断面考察沿线冰面高程变化进行了研究。实验结果表明,整个考察沿线高程变化趋势为0.017±0.009 m/a。该结论与其他学者提取相应流域的平均积累率相一致。但其分布不均匀,局部效应明显。通过与考察线路实测结果对比,两者在相对积累特征上基本一致。     

利用CryoSat-2测高数据研究南极威德尔海海冰出水高度时空变化

为了提高南极海冰出水高度的估算精度,以威德尔海为例,基于CryoSat-2卫星测高数据,联合冰桥计划(IceBridge)机载测高数据和科考船走航观测数据,获取应用最低点高程法反演海冰出水高度的最佳估计参数,进而估算并分析了 2011-2017年,每年5月-10月威德尔海海冰出水高度的时空变化.结果表明,最佳的出水高度...     

CryoSat-2 SARIn数据干涉处理及DEM获取

CryoSat-2搭载的合成孔径/干涉雷达高度计能够精确地探测海洋与大陆冰面高程变化,其合成孔径干涉模式（synthetic aperture interferometric mode,SARIn）提供的干涉数据可以利用传统差分干涉测量技术反演地面的高程信息,但在欧洲空间局公布的SARIn二级产品没有充分地利用这一信息。介绍了SARIn模式工作原理,并结合传统干涉测量技术,提出利用SARIn一级（level 1b,L1b）数据进行数字高程模型提取的算法和流程。通过数据质量检查,剔除数据中的错误信息;通过信号强度和相干性选择合适的解缠起点,实现干涉数据的逐行解缠;计算出卫星视角,结合卫星姿态、速度、位置和视线向距离等信息计算地面点的三维信息,最终插值生成SARIn DEM（digital elevation model）。利用该算法对2012年1月~4月的SARIn L1b数据进行干涉处理,获得了南极Lambert冰川流域局部地区的数字高程模型。通过对比ICESat DEM和RMAP DEM,表明SARIn DEM具有较高的精度,能够满足南北极等地区的高程变化研究。     

基于星载激光雷达和雷达高度计数据的南极冰盖表面高程制图

南极数字高程模型DEMs(Digital Elevation Models)是研究极区大气环流模式,南极冰盖动态变化和南极科学考察非常重要的基础数据。目前,科学家已经发布了五种不同的南极数字表面高程模型。这些数据都是由卫星雷达高度计,激光雷达和部分地面实测数据等制作而成。尽管如此,由于海洋与冰盖交接的南极冰盖边缘区随时间的快速变化,有必要根据新的卫星数据及时更新南极冰盖表面高程数据。因此,我们利用雷达高度计数据(Envisat RA-2)和激光雷达数据(ICESat/GLAS)制作了最新的南极冰盖高程数据。为提高ICESat/GLAS数据的精度,本文采用了五种不同的质量控制指标对GLAS数据进行处理,滤除了8.36%的不合格数据。这五种质量控制指标分别针对卫星定位误差、大气前向散射、饱和度及云的影响。同时,对Envisat RA-2数据进行干湿对流层纠正、电离层纠正、固体潮汐纠正和极潮纠正。针对两种不同的测高数据,提出了一种基于Envisat RA-2和GLAS数据光斑脚印几何相交的高程相对纠正方法,即通过分析GLAS脚印点与Envisat RA-2数据中心点重叠的点对,建立这些相交点对的高度差(GLAS-RA-2)与表征地形起伏的粗糙度之间的相关关系,对具有稳定相关关系的点对进行Envisat RA-2数据的相对纠正。通过分析南极冰盖不同区域的测高点密度,确定最终DEM的分辨率为1000 m。考虑到南极普里兹湾和内陆地区的差异性,将南极冰盖分为16个区,利用半方差分析确定最佳插值模型和参数,采用克吕金插值方法生成了1000 m分辨率的南极冰盖高程数据。利用两种机载激光雷达数据和我国多次南极科考实测的GPS数据对新的南极DEM进行了验证。结果显示,新的DEM与实测数据的差值范围为3.21—27.84 m,其误差分布与坡度密切关系。与国际上发布的南极DEM数据相比,新的DEM在坡度较大地区和快速变化的冰盖边缘地区精度有较大改进。     

南极冰盖DEM机载测高验证与分析——以西南极Thwaites冰川为例

利用冰桥计划(IceBridge)在西南极Thwaites冰川的机载激光测高数据,对ICESat卫星测高数据和目前国际常用的4种南极DEM,包括Bamber 1km DEM、ICESat DEM、RAMPv2DEM和JLB97DEM的精度进行了验证和分析。结果表明,ICESat卫星测高数据和ICESat DEM有着较高的高程可靠性,其与冰桥计划机载测高数据的平均高程差小于5m,标准差小于15m。Bamber 1km DEM高程可靠性相比ICESat卫星测高数据和ICESat DEM低一些。JLB97DEM、RAMPv2DEM与冰桥计划机载测高数据之间的标准差超过30m,尤其在坡度较大的区域,高程可靠性低。     

利用TanDEM-X影像和ICESat-2高程数据获取南极高精度数字高程模型

高精度DEM是南极科学研究的基础地理信息数据之一。德国空间局发布的TanDEM-X双站干涉影像对不仅分辨率高、覆盖范围大,而且具有零时间基线,不受时间去相关、大气变化及地面目标形变的影响。本文基于TanDEM-X双站干涉影像对和迭代差分InSAR技术获取南极高分辨率DEM;然后利用南极ICESat-2高程数据和最小二乘平差方法改正DEM产品的系统性偏移误差,提高DEM产品的绝对精度。真实数据试验结果表明,本文方法可获取分辨率优于5 m、绝对精度优于2 m的南极DEM。     

ASTER GDEM V2的南极冰川高程误差校正及精度分析

ASTER GDEM V2是研究南极冰盖表面的一种重要DEM数据源。由于南极冰雪区反射率高且缺乏地形特征,导致ASTER GDEM V2存在大量的坑、隆起等噪声,难以直接用于南极地形分析。本文以ICESat/GLAS激光点高程数据作为参考,采用修正等高线法对南极伯德（Byrd）冰川ASTER GDEM V2进行了误差校正,并将其与ICESat-1 DEM的垂直精度进行了对比分析。结果表明：ASTER GDEM V2的RMSE由校正前的26.56 m下降到校正后的18.77 m,远低于ICESat-1 DEM的RMSE（121.24 m）;校正后的ASTER GDEM V2高程精度受坡度影响较小,不存在明显的系统误差,而ICESat-1 DEM的高程精度受坡度的影响较大。本研究进一步通过地形剖面分析得到：校正前的ASTER GDEM V2噪声主要分布于高程较低、地形平坦的区域,通过修正等高线的方法可以有效去除这些噪声,去除噪声后的ASTER GDEM V2可作为研究伯德冰川理想的DEM数据源。     

基于CryoSat-2数据的海冰厚度估算算法比较

以北极为研究区,使用CryoSat-2数据,利用现有海冰厚度卫星测高研究中4种主流算法(Laxon03算法、Kurtz09算法、Yi11算法和Laxon13算法)分别对北冰洋海冰厚度进行估算,并将估算结果与研究区IceBridge机载激光测高冰厚数据进行了比较,探索各算法海冰厚度估算的差异,寻找最优的估算算法,为估算长时序海冰厚度提供基础和参考。结果表明,4种算法估算的海冰厚度空间分布较为一致,但不同算法估算的结果差异较大,可达0.476 m;4种算法估算结果大小依次为Laxon03算法、Yi11算法、Laxon13算法、Kurtz09算法;4种算法估算的平均海冰厚度差异,在北极波弗特海海域最大,其次是北极中心海域、格陵兰和挪威海;Laxon13算法估算结果相对于IceBridge观测结果与其他算法相比,具有最小的平均偏差和均方根误差,是卫星测高估算海冰厚度的最优算法。     

利用CryoSat-2卫星测高资料确定北极海冰干舷高

卫星测高技术的发展使得大空间尺度探测海冰成为可能,海冰干舷高是反演海冰厚度的关键参量,获取精确的海冰干舷高对海冰探测及了解全球气候变化均具有重要的作用。本文基于近3年获取的CryoSat-2卫星SAR模式测高资料,在60°N—88°N纬度带内的北极海域通过设定阈值筛选可用的观测数据,并在此基础上计算2015—2017年间月平均海冰干舷高,最后通过IceBridge航飞数据的时空匹配验证了本文获取的干舷高计算结果是可靠的。     

南极Dome A地区高精度DEM的建立——顾及波形重定、坡度改正及数据融合

介绍了CryoSat-2LRM模式下优化后的OCOG、CFI和LIRT的3种波形重定算法。基于南极Dome-A昆仑站区的实测GPS数据,比较了CryoSat-2LRM模式下的3种波形重定方法,对不同波形重定算法下的测高数据进行了精度评估。结果表明优化后的OCOG算法精度最好,与GPS结果平均差值约为-0.07m,标准差约为0.60m,明显优于其他两种算法。通过比较坡度与卫星数据精度的关系,发现坡度因素对于卫星测高数据精度的影响不可忽视,在Dome A地区验证结果表明,坡度改正可使得卫星测高精度提高约38%。最后联合GPS和CryoSat-2OCOG数据,建立了南极Dome-A地区300m分辨率DEM,其精度约为0.24m。     

基于CryoSat-2的北极海冰类型分类

海冰类型是北极海冰监测中的重要变量,详细的海冰类型信息对冰情评估、气候预测和冬季海上交通管理等具有重要意义.CryoSat-2卫星携带先进的合成孔径雷达高度计,具有观测尺度大、能够全天时全天候观测的优势,是研究两极海冰变化的一种方法.本文使用CryoSat-2卫星SAR模式下波形数据识别北极海冰类型,采用阈值法、K-N...     

InSAR技术在南极地区的应用

南极与全球环境变化的关系受到了全人类的关注.空间对地观测技术的发展,为人类进一步认识南极打开了新的局面.合成孔径雷达干涉测量技术（InSAR）是近十年发展起来的极具潜力的空间对地观测技术,已经成为一种用于生成数字高程模型（DEM）地图制图及地表运动监测等的有效手段.通过Grove山地区的实例研究和分析,进一步肯定了InSAR在南极研究中不仅可以用于地图制图,而且在冰川动力学、冰貌环境变化等研究领域也有巨大的潜力.     

散乱数据内插平原地区DEM的方法

以我国东部平原地区钱营孜煤矿矿区为案例,根据实测的散乱数据,使用交叉统计检验和视觉特征分析了ANUDEM方法和与地理信息系统领域中常用传统插值方法的空间插值结果。分析表明,在平原地区,TIN方法生成的DEM具有较高的精度,ANUDEM方法生成的DEM能够准确反映水文地貌。     

SRTM DEM数据空洞插值填补方法对比分析

SRTM全球数字高程模型数据目前已被广泛应用于多个领域。最新版本的SRTM DEM仍然存在较小的高程空值区域（数据空洞）和模糊区域。文章在模拟某试验区域SRTM DEM数据空洞的基础上,利用线性插值、反距离权插值、二次多项式插值、三次样条插值等DEM插值方法进行了数据空洞的插值填补试验和对比分析,结果表明在丘陵地区和空...     

数字高程模型坐标系统转换方法及精度分析

利用两幅1954年北京坐标系为基准的1∶50 000线划图的高程注记点和等值线采样点计算了2000国家大地坐标系的数字高程模型,比较了不同内插算法计算的数字高程模型的精度。结果表明,"克里金"内插算法较好,经转换和内插可以实现数字高程模型的坐标系统转换。     

二次曲面移动拟合内插与Voronoi图法内插生成的DEM精度探讨

DEM（Digital Elevation Model）是地形表面的一个数学或数字模型,对地形表面进行表达的各种处理可称为表面建模,在表面建模中,表面内插是表面重建的关键,文章对两种常用的表面内插进行了介绍并对两种内插方法的精度用常规的取点判定模型进行了判断定。     

采用小波分析的SRTM DEM与ASTER DEM数据融合

为了利用航天飞机雷达地形测绘任务数字高程模型(SRTM DEM)与先进星载热反射和反辐射仪数字高程模型(ASTER DEM)的互补信息,提出基于小波分析的多源DEM数据融合方法,以我国秦岭典型高山峡谷地貌类型区为试验样区,选取相同位置的SRTM DEM与ASTER DEM数据,通过重采样、数据配准等步骤形成融合数据源;对小波分解的低频系数作基于邻域像素关联性的融合,高频系数采用像素点绝对值取大的融合,生成融合DEM。并把融合前与融合后的数据分别与1∶5万高程库数据作精度比较,总体统计与抽样检查表明融合DEM精度较源数据均得到了提高。该融合技术为应用SRTM DEM与ASTER DEM生成精度和可靠性更高的DEM产品提供了可行方案。