利用ICESat衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)建立格陵蘭冰蓋DEM

黃甜

摘 ? 要：極地是調(diào)節(jié)全球氣候的重要因素，極地冰蓋的消融對于全球氣候的變化有著不可估量的驅(qū)動作用。因此，極地研究對于監(jiān)測全球氣候變化有著重要的意義。衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展為人們對于極地的研究帶來了技術(shù)上的支撐。通過ICESat激光測高衛(wèi)星的發(fā)射，人們從新的角度認(rèn)識了極地，并且能更好地對極地進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：ICESat ?衛(wèi)星測高 ?格陵蘭冰蓋 ?DEM

中圖分類號：P228 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0240-02

Abstract：The polar is an important factor in regulating the global climate，the melting of the polar ice sheet has an invaluable driving effect on global climate change. The development of satellite technology has brought technical support to the study of polar regions. By launching the ICESat laser altimeter satellite， people can understand the polar from a new perspective， and study the polar better.

Key Words： ICESat; Satellite Altimetry;Greenland Ice Sheet;DEM

1 ?近年來格陵蘭冰蓋研究進(jìn)展

近年來衛(wèi)星測高技術(shù)地不斷進(jìn)步，使得人們能夠從各種新的角度去監(jiān)測大地和海洋。衛(wèi)星側(cè)高技術(shù)不僅可以監(jiān)測海平面的變化，也可以用來監(jiān)測冰川冰蓋的高程變化。作為對地測高中的一項(xiàng)先進(jìn)的集成技術(shù)，衛(wèi)星測高技術(shù)在對大地、海洋和冰川等領(lǐng)域的研究有很強(qiáng)的應(yīng)用前景和競爭能力，是國際上關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。國內(nèi)外許多學(xué)者通過衛(wèi)星激光測高技術(shù)對極地冰川冰蓋做了大量的研究工作。Velicogna和Wahr[1]提出聯(lián)合ICESat、GRACE和GPS觀測數(shù)據(jù)分析冰后回彈和冰蓋變化的方法，利用5年時(shí)間得到冰后回彈和冰蓋變化每年的均方根分別為5.3mm和19.9mm。Johannessen，et al.[2]通過ERS衛(wèi)星雷達(dá)測高數(shù)據(jù)獲得格陵蘭冰蓋高程從1992至2003年平均增加了54cm。王澤民等[3]采用了數(shù)據(jù)聯(lián)合的方法，利用ERS-1和ICESAT測高數(shù)據(jù)來構(gòu)建南極冰蓋DEM，結(jié)果表明綜合DEM高程精度在4m左右。馬躍等[4]利用GLAS激光測高儀所得的數(shù)據(jù)計(jì)算了格陵蘭冰蓋的高程變化。此外，還有許多學(xué)者通過各種方法對格陵蘭冰蓋進(jìn)行研究分析，都取得了較大的進(jìn)展。研究表明，全球氣候變暖對格陵蘭地區(qū)的冰川冰蓋的質(zhì)量平衡造成了嚴(yán)重的影響，大部分冰川冰蓋流失處于加速消融的狀態(tài)。

2 ?ICESat在冰蓋高程測量上的優(yōu)勢

ICESat作為首顆搭載激光測高系統(tǒng)的衛(wèi)星，與傳統(tǒng)的測高衛(wèi)星相比較而言，它能夠獲得更加精確完整的觀測數(shù)據(jù);相比其他空載、機(jī)載激光高度計(jì)，ICESat有更多的觀測周期，這樣所得的數(shù)據(jù)更加的全面、完整。所以對于極地冰蓋高程變化的監(jiān)測中，ICESat衛(wèi)星發(fā)揮了不可估量的作用。

在氣候愈發(fā)惡劣的背景下，ICESat通過監(jiān)測極地冰面高程的變化來估算極地冰蓋物質(zhì)平衡，以此來反應(yīng)冰蓋高程變化（即冰蓋的消融情況）與海平面和氣候變化的關(guān)系。

ICESat衛(wèi)星在特定大小的流域尺度和外流冰川地區(qū)中，對地面冰川冰蓋的觀測精度達(dá)到了相當(dāng)高的程度。這樣精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)有助于完整全面地描述大部分地區(qū)的冰蓋的高程變化值，從而有利于人們對于冰蓋的監(jiān)測以及對冰蓋變化和氣候變化的關(guān)系的分析。

3 ?建立數(shù)字高程模型的步驟

ICESat每8天進(jìn)行重復(fù)地面軌跡觀測，以此來得到具有重復(fù)性的精確的數(shù)據(jù)。從中選取l1a與l2a兩個(gè)運(yùn)行周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

為了更好地通過ICESat衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)來反應(yīng)格陵蘭冰蓋的高程，需要將這些數(shù)據(jù)柵格化，進(jìn)而建立格陵蘭冰蓋DEM，以此能夠形象地觀察格陵蘭冰蓋的高程。

制作DEM的具體步驟如下：

（1）將改正篩選后的ICESat測高數(shù)據(jù)導(dǎo)入excel表格，進(jìn)行分列處理，分列方式為維度、經(jīng)度和高程。

（2）打開Arcgis，在文件中添加XY數(shù)據(jù)。然后加入以分隔的Excel表格（Sheet1$），將XYZ字段分別調(diào)成維度、經(jīng)度和高程，并且選擇投影坐標(biāo)。

（3）在ArcToolbox中選擇Spatial Analyst工具，然后選擇插值分析，地形轉(zhuǎn)柵格。設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。

（4）最后通過插值分析，生成地形。然后通過圖層屬性進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置分類，并且生成等高線。圖1為軌道11a的數(shù)字高程模型，圖2為軌道12a的數(shù)字高程模型。

4 ?結(jié)語

利用l1a和l2a這兩個(gè)運(yùn)行周期對格陵蘭冰蓋的測高數(shù)據(jù)，制作了兩個(gè)格陵蘭冰蓋DEM。通過這兩個(gè)DEM模型可以看出，格陵蘭冰蓋的中東部高程最大，越接近邊緣高程越小，所以能夠得知在此處有一個(gè)較大的冰穹，而在南部的邊緣則有一個(gè)相對低一些的冰穹，所以在靠近南部時(shí)高程不僅沒有變小，反而上升。這就可以得出，格陵蘭冰蓋有兩個(gè)冰穹，冰蓋的高程是由冰穹頂端向四周逐漸減小。根據(jù)兩個(gè)DEM以及制作的過程可以，看出根據(jù)l2a運(yùn)行周期所測得的數(shù)據(jù)制作的DEM更加細(xì)致，由于l2a相比于l1a所測得的數(shù)據(jù)多很多，所以格陵蘭冰蓋內(nèi)部的高程變化也體現(xiàn)得更加細(xì)致。

通過格陵蘭冰蓋DEM，可以清楚地顯示格陵蘭冰蓋的高程分布，能對以后的研究提供依據(jù)。對格陵蘭冰蓋的研究中，將每年ICESat衛(wèi)星對于格陵蘭冰蓋的測高數(shù)據(jù)建立提取建立格陵蘭冰蓋DEM，能較好的觀測出格陵蘭冰蓋的消融情況。

參考文獻(xiàn)

[1] Velicogna I，Wahr J. Acceleration of Greenland ice mass loss in spring[J]. Nature， 2004.

[2] Johannessen OM， Khvorostovsky K， Miles MW， et al. Recent ice-sheet growthin the interior of Greenland. Science，2005，310（5750）：1013–1016.

[3] 王澤民， 熊云琪， 楊元德，等. 聯(lián)合ERS-1和ICESAT衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)構(gòu)建南極冰蓋DEM[J].極地研究， 2013， 25（3）：211-217.

[4] 馬躍，陽凡林，王明偉，等.利用GLAS激光測高儀計(jì)算格陵蘭冰蓋高程變化[J].紅外與激光工程，2015， 44（12）：3565-3569.