三维激光扫描技术在山地冰川物质平衡研究中的应用初探

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冰川对气候变化极其敏感,在气候变暖的背景下,全球山地冰川呈现不同程度的退缩。冰川物质平衡是冰川对气候变化最直接的反映,其动态变化引起冰川形态以及融水径流的变化。冰川物质平衡观测是研究冰川变化及其对气候变化响应机理的基础,由于冰川面积庞大或冰面地形险峻使得直接物质平衡观测(花杆/雪坑法)工作开展难度大。三维激光扫描技术又称“实景复制技术”,能快速、精准、高密度、无接触地获取目标物体表面的三维信息,是继GPS技术之后测绘界又一次革命技术,通过该技术获取的不同时期冰川区高质量DEM,可以精确计算冰川冰量变化,是对直接物质平衡观测的有效补充。目前相关研究较少,本文尝试利用该技术获取冰川物质平衡。  以祁连山黑河流域十一冰川为例,利用机载三维激光扫描数据(LiDAR)和SRTM DEM数据,在LiDAR点云数据预处理、高程数据配准和校正、误差评估的基础上,建立了冰川物质平衡计算流程。表明:2000~2012年十一冰川冰面高程变化为-7.47±0.92 m,变化率为-0.62±0.08 m·a-1,估算十一冰川的年均物质平衡为-0.53±0.07 mw.e,累计物质亏损达-6.35±0.78mw.e.,折合水当量约为(330.4±40.8)×104 m3;通过与十一冰川实测物质平衡及祁连山其他典型监测冰川物质平衡计算结果的对比和分析,论证了本研究结果的可靠性。  利用地面三维激光扫描仪获取扫描数据,在数据预处理的基础上建立了冰川物质平衡计算流程。以天山乌鲁木齐河源1号冰川为例,提取了该冰川面积变化参数、末端长度退缩参数、冰面高程变化参数,并计算该冰川夏季物质平衡。2015年4月冰川面积为1.56 km2,9月份为1.55 km2;整个夏季1号冰川东支长度变化为9.15m,西支长度变化为5.29 m,冰面高程变化值为-1.16±0.03 m,物质平衡为-1.028±0.03mw.e.;东西支末端长度变化值与野外实测结果分别相差2%和0.9%,物质平衡计算值与直接物质平衡观测结果相差8.5%。考虑到地面三维激光扫描仪野外作业中的各种误差,表明该技术在冰川测绘中具有独特的优势。
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