基于多源信息的冰川边界提取及高程变化研究

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冰川虽地处高山偏远地区,但冰川退缩引起的一系列与水资源、自然灾害、海平面上升以及气候变化相关的科学问题,使冰川变化成为全球变化研究的重要内容之一。近几十年,随着气候变暖,全球冰川总体处于退缩状态,未来即使气温不升高,冰川也将会继续退缩,届时将会对中国西部尤其是西部干旱区的水资源及生态环境产生重大影响。因此,迫切需要对冰川进行监测,为解决冰川变化可能带来的科学问题提供基础数据和科学依据。遥感技术的发展为冰川监测提供了有效的手段,为冰川变化研究提供了精确数据源,利用遥感技术可以快速准确的了解冰川的变化特征。本文以新疆玛纳斯流域为研究对象,基于光学遥感影像、地形参数和热红外波段,采用自动提取的方法对流域内的冰川边界进行提取,并对冰舌处存在的冰碛物进行自动提取。同时,基于ICEsat/GLAS激光测高数据和SRTM数据对流域内的冰川高程变化进行研究。  本研究主要内容包括:⑴将Landsat TM影像、地形参数(DEM、坡度)、热红外波段等属性相结合,采用粗糙集理论的数学方法和传统的监督分类方法自动提取冰川边界。以第二次冰川编目数据集为参考数据对冰川信息提取的结果进行精度评价,结果显示粗糙集方法获取的总体精度为94.15%,高于监督分类的93.88%,而且粗糙集方法提取的冰川面积比监督分类方法更接近于冰川的实际面积。这表明粗糙集理论的方法在冰川信息自动提取中是有效的。然而该方法也不能准确识别冰舌末端的部分冰碛物,这也许与研究中所使用的遥感影像和数字高程模型有关,中低分辨率的影像和低精度的数字高程模型无法真实反映冰川的表面特征,尤其是在冰川与非冰川区的分界区域。⑵针对表碛覆盖冰川,考虑到山区表面接收的太阳量与太阳的照射方向有关,本文结合热红外波段和地形信息将研究区划分为太阳照射区和阴影区,同时引入纹理特征和光学影像实现表碛覆盖冰川的自动提取。采用混淆矩阵进行精度评价,结果显示该方法的总体精度为92.44%,明显高于没有加入纹理特征方法的88.50%,这说明纹理特征的加入提高了表碛覆盖冰川提取的精度。与SPOT影像和目视解译的冰川边界进行对比,发现除了冰舌末端的部分冰碛物外,该方法可以很好的提取表碛覆盖冰川。单一的热红外波段不足以反映冰碛物与周围地物的温度差异,可能是造成部分冰碛物不能成功提取的原因之一。⑶利用研究区内2003-2009年的ICESat/GLAS激光测高数据研究冰川高程变化。首先根据ICESat激光点的获取时间对激光点按季节划分,并将激光点数据与SRTM高程数据相结合。然后计算激光点各期任务的高程差中值,最后通过回归拟合得到研究区2003-2009年的冰川高程变化趋势。结果显示,秋季冰川高程变化趋势为-0.10m·a-1,冬季冰川高程变化趋势为-0.43m·a-1。
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