冰川面积和体积变化遥感监测综述剖析.docx

冰川面积和体积变化遥感监测综述陈杰（兰州大学地质科学与矿产资源学院，甘肃 兰州 730000）摘要：在全球变暖大背景下，对冰川进行二维和三维动态监测具有重要的意义，20世纪60年代遥感技术的出现与发展，为冰川动态监测提供了一个前所未有的高技术手段，遥感的宏观、综合、快速和动态监测能力可获得甚至连地面观测也无法获取的冰川信息。本文主要综述用遥感技术来监测冰川面积和体积变化的方法。冰川面积变化监测方法可以分为两类：目视解译法和计算机自动分类法，后者包括阈值法和雪盖指数阈值法、监督分类非监督分类法、比值阈值法等。遥感光学影像生成数字高程模型(DEM)和雷达数据可以获取冰川的厚度变化，厚度变化与冰川面积的乘积可获取冰川体积变化。关键词：遥感；冰川，面积变化，体积变化0. 引言冰冻圈是气候系统五大圈层之一，包括各种类型积雪、冰川、河流湖泊中的淡水冰、海冰、地下冰及多年冻土（施雅风，1998）。冰冻圈是古气候、古环境变化的重要信息库，又是现代气候变化的灵敏指示器，不但对气候有重大的反馈作用，其自身变化也对环境产生显著影响（曹梅盛等，2006；施雅风，2000）。在全球气候变暖的大背景下，冰冻圈变化及其影响引起了广泛的关注。冰川是冰冻圈重要的组成部分，它不仅是气候变化的重要驱动因素之一，而且是反映气候变化的记录器和预警器 (谢自楚, 刘潮海,2010)。中国目前共有冰川48571条，总面积约5.18×10 4 km 2，约占全国国土面积的0.54%，冰川储量约4.3~4.7×10 3 km 3(刘时银等，2015）。20 世纪80年代前现代冰川研究主要依靠实地测量并借助于航空相片和经验公式来监测冰川变化。20世纪60年代遥感技术的出现与发展，为冰川全球监测提供了一个前所未有的高技术手段。遥感的宏观、综合、快速和动态监测能力，可获得甚至连地面观测也无法获取的冰川信息（曹梅盛等，2006）。偏远的、难以野外实地考察的冰川也能很好地被监测，并可以大范围快速地计算冰川面积、体积等变化的信息（韦佳黎，刘小驰，2013）。 遥感数据大部分冰川监测资料均来自一些地表综合观测卫星平台的传感器（曹梅盛等，2006），目前全球范围内遥感影像数据的种类较多，根据研究的需要可选择不同的遥感数据，在冰川变化遥感监测方面共有十几种常用数据。研究冰川面积、体积变化的过程中常选用的数据包括Landsat系列数据，ASTER数据，SPOT数据和ALOS数据等，而选用最多的是Landsat系列数据，ASTER影像在近几年冰川变化研究中也发挥着重要作用。SPOT数据和ALOS数据虽然具有高分辨率这一优势，由于价格昂贵，难以在大规模冰川变化研究中使用。Landsat系列数据质量较好，监测时间早，单景数据覆盖范围大，适合大面积监测冰川变化（张明杰等，2013；张国梁等，2010），是冰川监测中使用最多的遥感影像数据。Landsat从1972年7月23日以来，已发射8颗，目前Landsat1—5均相继失效，不过搭载有TM和MSS传感器的Landsat5是目前在轨运行时间最长的光学遥感卫星，提取早期冰川边界多数还应用Landsat TM数据或者MSS数据。Landsat 6发射失败，Landsat7ETM+传感器于2003年出现问题。搭载有OLI和TIRS传感器的Landsat8于2013年2月11日发射升空，经过100天测试运行后开始获取影像，目前正常运行。Landsat系列数据可以从地理数据云或者USGS网站免费下载。 冰川面积变化监测国内外运用航天遥感技术对现代冰川面积变化的研究很多,也有很多种方法在研究过程中采用。根据其对遥感影像数据的处理方法提取冰川边界可分为两大类:①目视解译; ②计算机自动分类解译（曹泊等，2011）。2.1 目视解译航空相片或卫星影像上的冰川信息进行目视解译而获取其边界信息,操作相对简单,但费时费力,有时会因个人主观因素而误判冰川区,所以在目视解译时需要至少3名相关专业人员协助完成,对意见不一致区域集中讨论提取冰川区(曹泊等，2010）。2.2 计算机自动分类目前计算机自动分类法主要有:阈值法和雪盖指数阈值法、监督分类和非监督分类法、比值阈值法等。2.2.1阈值法和雪盖指数阈值法阈值法是基于冰川与其他地物辐射特征的差异,即研究者通过选取一定的阈值大小, 来识别冰川区和非冰川区。因为Landsat TM2波段(0.52～0.60μm) 最有利于目视解译提取冰川的边界，所以大多学者选用2波段进行阈值法。这种方法虽然简单,但是很难有效地区分冰川区与非冰川区,特别是在有冰碛覆盖的污化雪和冰舌部分。雪盖指数阈值法是植被指数的推广，主要是基于冰川在2波段的强反射与5波段的强吸收特性，其运算公式为：NDSI = ( TM2-TM5) /( TM2+TM5)。这里N