利用ICESat衛星測高數據建立格陵蘭冰蓋DEM

黃甜

摘 ? 要：極地是調節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動作用。因此，極地研究對于監測全球氣候變化有著重要的意義。衛星技術的發展為人們對于極地的研究帶來了技術上的支撐。通過ICESat激光測高衛星的發射，人們從新的角度認識了極地，并且能更好地對極地進行研究。

關鍵詞：ICESat ?衛星測高 ?格陵蘭冰蓋 ?DEM

中圖分類號：P228 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：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展

近年來衛星測高技術地不斷進步，使得人們能夠從各種新的角度去監測大地和海洋。衛星側高技術不僅可以監測海平面的變化，也可以用來監測冰川冰蓋的高程變化。作為對地測高中的一項先進的集成技術，衛星測高技術在對大地、海洋和冰川等領域的研究有很強的應用前景和競爭能力，是國際上關注和研究的熱點。國內外許多學者通過衛星激光測高技術對極地冰川冰蓋做了大量的研究工作。Velicogna和Wahr[1]提出聯合ICESat、GRACE和GPS觀測數據分析冰后回彈和冰蓋變化的方法，利用5年時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衛星雷達測高數據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]采用了數據聯合的方法，利用ERS-1和ICESAT測高數據來構建南極冰蓋DEM，結果表明綜合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據計算了格陵蘭冰蓋的高程變化。此外，還有許多學者通過各種方法對格陵蘭冰蓋進行研究分析，都取得了較大的進展。研究表明，全球氣候變暖對格陵蘭地區的冰川冰蓋的質量平衡造成了嚴重的影響，大部分冰川冰蓋流失處于加速消融的狀態。

2 ?ICESat在冰蓋高程測量上的優勢

ICESat作為首顆搭載激光測高系統的衛星，與傳統的測高衛星相比較而言，它能夠獲得更加精確完整的觀測數據;相比其他空載、機載激光高度計，ICESat有更多的觀測周期，這樣所得的數據更加的全面、完整。所以對于極地冰蓋高程變化的監測中，ICESat衛星發揮了不可估量的作用。

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

ICESat衛星在特定大小的流域尺度和外流冰川地區中，對地面冰川冰蓋的觀測精度達到了相當高的程度。這樣精準的數據有助于完整全面地描述大部分地區的冰蓋的高程變化值，從而有利于人們對于冰蓋的監測以及對冰蓋變化和氣候變化的關系的分析。

3 ?建立數字高程模型的步驟

ICESat每8天進行重復地面軌跡觀測，以此來得到具有重復性的精確的數據。從中選取l1a與l2a兩個運行周期的數據進行研究。

為了更好地通過ICESat衛星測高數據來反應格陵蘭冰蓋的高程，需要將這些數據柵格化，進而建立格陵蘭冰蓋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測高數據導入excel表格，進行分列處理，分列方式為維度、經度和高程。

（2）打開Arcgis，在文件中添加XY數據。然后加入以分隔的Excel表格（Sheet1$），將XYZ字段分別調成維度、經度和高程，并且選擇投影坐標。

（3）在ArcToolbox中選擇Spatial Analyst工具，然后選擇插值分析，地形轉柵格。設置相應的數據文件。

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

4 ?結語

利用l1a和l2a這兩個運行周期對格陵蘭冰蓋的測高數據，制作了兩個格陵蘭冰蓋DEM。通過這兩個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較大的冰穹，而在南部的邊緣則有一個相對低一些的冰穹，所以在靠近南部時高程不僅沒有變小，反而上升。這就可以得出，格陵蘭冰蓋有兩個冰穹，冰蓋的高程是由冰穹頂端向四周逐漸減小。根據兩個DEM以及制作的過程可以，看出根據l2a運行周期所測得的數據制作的DEM更加細致，由于l2a相比于l1a所測得的數據多很多，所以格陵蘭冰蓋內部的高程變化也體現得更加細致。

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。對格陵蘭冰蓋的研究中，將每年ICESat衛星對于格陵蘭冰蓋的測高數據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

[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. 聯合ERS-1和ICESAT衛星測高數據構建南極冰蓋DEM[J].極地研究， 2013， 25（3）：211-217.

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