基于Sentinel-1 SAR数据的极地冰川冰裂隙探测方法及应用研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院空天信息创新研究院) | 被引量 : 0次 | 上传用户:f342829075
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在全球气候变化背景下,极地冰盖正发生着巨大的变化,通过研究冰盖表面特征可以帮助人类研究气候变化科学,应对气候灾害等问题。冰裂隙作为冰川表面重要的结构,几乎在所有冰川、冰盖和冰架中都很常见,是冰川内应力的外在表现,是评估冰川稳定性,量化物质损失的重要指标。同时,冰裂隙也是冰川表面水文过程的基本水文单元,影响冰面融水输送的效率和方式,是反映冰川物质平衡的重要指标。目前针对于冰裂隙研究探测精度有待提高,缺乏定量化统计分析,对南北极冰裂隙特征及差异缺乏认识。本论文基于具有穿透能力强,观测范围广的Sentinel-1 SAR数据,利用深度学习的方法实现南北极典型冰架/冰川冰裂隙的自动化探测提取。对南北极典型冰盖/冰川表面的冰裂隙进行特征统计分析,主要包括裂隙长度、密度和类型特征,探究南北极冰裂隙分布及特征的差异。分析研究南北极典型冰川裂隙对冰川表面消融的影响异同,进一步分析裂隙特征对表面消融的机制。结果表明,应用U-Net网络进行冰裂隙探测提取,可实现良好的精度结果。在南极冰裂隙探测平均精确度为81%,召回率为73%,F1值为76%,准确率为84%,在格陵兰平均精确度为85%,召回率为86%,F1值为86%,准确率为86%。南极典型区域冰裂表现为长而稀疏的,类型较为丰富。格陵兰典型区域冰裂隙为短而密集的,类型较为单一。南极各典型区域冰裂隙长度、密度和类型特征差异较大,格陵兰则差异较小。此外,研究了冰流速与冰裂隙密度的关系,结果证明高冰面流速的冰川表面裂隙密度大,冰面流速不同可能会形成不同裂隙类型。考虑冰厚度对冰裂隙传播导致崩解过程中的重要作用,冰川厚度较薄的区域更容易发生密集裂隙。在区域小尺度条件下,裂隙的存在会显著增强冰川表面消融过程,使得裂隙区域比非裂隙区域更早开始出现消融。裂隙密度越大,对冰川表面消融情况影响更为剧烈。同时,裂隙作为冰川表面水文过程的重要单元承担着输送表面融水的角色,不仅使得裂隙周围的消融面积呈现离散化形态,而且可能成为冰川表面融水输送的终点。
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