基于極化SAR的羅布泊湖盆“大耳朵”特征分析

高志宏

國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830

羅布泊作為中國(guó)西部乃至全球典型極端干旱區(qū)之一，其歷史時(shí)期環(huán)境變遷的過程及其原因，反映了干旱區(qū)氣候環(huán)境演變的規(guī)律。自從1972年被美國(guó)Landsat－1遙感影像發(fā)現(xiàn)以來，羅布泊湖盆“大耳朵”特征成因一直受到科學(xué)家的關(guān)注，在學(xué)術(shù)界引起了廣泛的討論。

遙感影像宏觀大尺度的特點(diǎn)對(duì)研究大空間范圍地質(zhì)現(xiàn)象具有較大的優(yōu)勢(shì)，可以作為傳統(tǒng)實(shí)地考察和踏勘等手段的有力補(bǔ)充。羅布泊地區(qū)自然條件惡劣，地域廣闊，野外工作困難，遙感技術(shù)應(yīng)用尤為重要。合成孔徑雷達(dá)（synthetic aperture radar，SAR）對(duì)干燥介質(zhì)層的穿透作用，使其不僅可以用于地表形態(tài)的研究，而且能夠?qū)Φ叵履繕?biāo)及其隱伏特征進(jìn)行探測(cè)，為干旱區(qū)次地表特征的信息提取與定量研究提供了理論與技術(shù)依據(jù)。

本文基于極化SAR遙感技術(shù)，結(jié)合野外科學(xué)考察和實(shí)驗(yàn)室參數(shù)測(cè)量的結(jié)果，通過極化SAR目標(biāo)分解和散射特征模擬的方法，開展羅布泊湖盆“大耳朵”特征的定性分析和定量研究；同時(shí)利用DEM、多光譜和SAR遙感數(shù)據(jù)綜合分析了“大耳朵”特征形成的原因，探討其中蘊(yùn)含的氣候環(huán)境意義。

本文的主要研究成果如下：

（1）在利用全極化SAR數(shù)據(jù)對(duì)羅布泊湖盆沉積物進(jìn)行物理散射機(jī)制分析的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究Freeman－Durden分解與Cloude分解兩種分解方法的特點(diǎn)，同時(shí)開展對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，Cloude分解方法不僅更能反映羅布泊地表的真實(shí)狀況，而且能給出表征地表散射機(jī)制的極化參數(shù)，更適合于分析湖盆沉積物復(fù)雜的散射機(jī)制。

（2）基于雙層散射結(jié)構(gòu)模型，對(duì)湖盆區(qū)域次地表的散射特性進(jìn)行描述和模擬，同時(shí)結(jié)合Cloude分解方法的分解量對(duì)模型模擬的結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，雙層散射模型在羅布泊區(qū)域具有適用性，體散射特征在羅布泊湖盆沉積物的研究中不可忽略，具有特殊的意義。

（3）基于全極化RADARSAT－2數(shù)據(jù)和三階段反演算法對(duì)羅布泊湖盆干燥介質(zhì)層厚度反演方法進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明POLInSAR技術(shù)在羅布泊地區(qū)具有較大的應(yīng)用潛力，反演的厚度系數(shù)對(duì)研究羅布泊湖盆區(qū)域干燥介質(zhì)層厚度具有一定的參考價(jià)值。

（4）綜合利用DEM、多光譜和SAR 3種類型的遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合野外地面考察和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行定性分析和定量模擬。研究結(jié)果表明，羅布泊“大耳朵”特征形成原因中，湖盆地形高度是環(huán)境背景原因；地表粗糙度是表觀原因；次地表含鹽量是根本原因。此外，通過論證分析發(fā)現(xiàn)“大耳朵”特征蘊(yùn)含著豐富的氣候環(huán)境信息。

本文的創(chuàng)新點(diǎn)如下：

（1）首次對(duì)羅布泊湖盆區(qū)域次地表干燥介質(zhì)層的體散射特征進(jìn)行模型模擬，同時(shí)利用Cloude分解結(jié)果對(duì)模型的有效性和精度進(jìn)行驗(yàn)證，為定量研究羅布泊湖盆沉積物的散射特性奠定了基礎(chǔ)。

（2）首次嘗試?yán)萌珮O化SAR數(shù)據(jù)和三階段反演算法，基于POLInSAR技術(shù)對(duì)羅布泊湖盆區(qū)域上層干燥介質(zhì)層的厚度反演方法進(jìn)行研究，研究方法和思路具有一定的前沿性。

（3）首次同時(shí)利用DEM、多光譜和SAR 3種類型的遙感數(shù)據(jù)，從環(huán)境背景、地表、次地表3個(gè)角度對(duì)羅布泊“大耳朵”特征成因進(jìn)行綜合分析；同時(shí)對(duì)基于SAR數(shù)據(jù)建立羅布泊區(qū)域氣候變化曲線的方法進(jìn)行了探討分析。