基于Sentinel-1时序数据的山地冰川表面消融变化研究

Surface ablation changes of mountain glaciers based on Sentinel-1 time series data:Taking Laohugou Glacier No.12 as an example

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摘要冰川是影响气候变化的主要因素,合成孔径雷达(SAR)不仅具有较高空间分辨率和多极化等特点,而且对冰雪融化引起的介电常数变化较为敏感,已成为山地冰川表面消融变化监测的重要数据源.基于Sentinel-1时序数据,提出了一种综合应用多时相多极化SAR变化检测算法和Sigmoid函数的冰川表面消融监测方法.以祁连山老虎沟12号冰川为研究区,利用"中心线-圆"方法获得的冰川东、西支64个样区,通过各点2019-2020年124个时相的SAR后向散射系数变化特征确定了7个典型样区及2019和2020年冰川消融期;基于同轨道参考影像与多时相融雪影像对比,分别获得变化监测影像VV和VH极化后向散射系数,对其进行权重组合后提取湿雪像元;通过Sigmoid函数并结合湿雪平均海拔高度提取干雪,从而得到2年冰川消融期内16个时相的冰川表面干湿雪分布.利用2019年09月01日无人机数字正射影像(DOM)以及与Sentinel-1邻近日期5景Sentinel-2影像对提取结果进行精度验证,并结合冰川上气象站点气温和降水数据对误差结果进行深入分析.实验结果表明,该方法能够有效提取冰川表面干、湿雪分布,总体分类精度OA高达96％,Kappa系数高达0.84.老虎沟12号冰川消融期及覆盖各类型消融变化规律存在年际变化:2019年冰川的消融期为5月初至9月中下旬,2020年的消融期为6月中下旬至9月初;2019年从消融季开始,冰川表面干雪面积迅速减小,而湿雪与冰川冰面积在整个消融期均较大,但随着强降雪出现,干雪面积骤然上升,2020年冰川冰和湿雪面积变化明显,冰川冰面积持续增加,湿雪面积持续减小,而干雪面积在高海拔区趋于稳定.