喀喇昆仑-喜马拉雅冰川物质平衡的空间大地测量研究

Mass balance of the glaciers in Karakoram and Himalaya Mountain Ranges plays an important role in glaciology and global change study. However, the characteristics of the glacier mass balance are still poorly known for the entire area. In the project, a synthetic methodology is proposed for estimating the mass balance by a joint application of Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR), satellite altimetry and space-borne gravimetry, characterized by three advantages, 1)Data utilization from multiple sources will broaden the data coverage and improve the data resolution; 2)Data used will include those from some new satellite missions and the innovative modes (e.g., the bistatic SAR, CryoSat-2 SAR interferometric mode, GRACE Follow-On) extending the surveying time span and improving the accuracy of the mass balance estimate; 3)The refined data processing and the improved method of mass balance estimate will ensure the reliability of the results (e.g., the four approaches are applied together for satellite altimetry, an improved mascon method will be used for the inversion of mass balance based on GRACE gravity data). There are two primary objectives for this project. The first is to provide 10～20 years of time series of glacier mass balance with higher resolution for the typical glacier regions, and meso-scale resolution (～200km) for the entire area. The second is to uncover the spatio-temporal characteristics of the glacier mass balance, and the correlation to the magnitude of Indian monsoon and westerlies. The results from this project will be of great help to better understand the effects of glacier mass balance on the climate of East Asia, and the water resource of the adjacent rivers. In addition, they are also of scientific significance for the study of global change and sea level change.

喀喇昆仑-喜马拉雅冰川的物质平衡在冰川学和全球变化研究中占有重要地位，但迄今整个区域的冰川物质平衡特征仍知之甚少。本项目提出利用SAR干涉测量、卫星测高和卫星重力联合监测物质平衡的研究方案，优势是：1)采用多源数据，将增加监测的空间覆盖、提高分辨率；2）采用包括最新的卫星任务、观测模式数据（例，双站SAR、CryoSat-2 SAR干涉模式、GRACE Follow-On），将增加监测时间长度、同时提高监测结果精度；3）采用精细的数据处理和物质平衡估计方法(例，多种测高方法联合分析、GRACE改进的质点法)，确保结果的可靠性。主要目标是，提供研究区10~20年典型冰川高分辨率和整个区域~200km分辨率物质平衡时间序列结果，揭示物质平衡随区域、时间变化特征及其与西风带、印度季风的关系。研究结果有助于评估冰川变化对东亚气候和比邻河流水资源的影响，对全球变化和海平面变化研究也具有重要科学意义。

喀喇昆仑-喜马拉雅（KH）冰川的物质平衡在冰川学和全球变化研究中占有重要地位，但对其一直缺乏了解。本项目利用InSAR与遥感、卫星测高和卫星重力，估计KH和高亚洲的物质平衡和冰流速，分析其受气候控制的规律。.提出了一种基于TanDEM-X双站InSAR的冰川地形及冰川物质平衡估计新方法，采用差分相位高程变化检测和非局部均值滤波算法，空间分辨率可达10m、高程精度达0.7m。该方法已用于青藏高原中部和东南部、帕米尔-喀喇昆仑等冰川，给出了2000-2010s的物质平衡结果和控制因素。.利用资源三号光学立体像对数据, 运用精密配准和差分技术，估计了高亚洲2000-2017/2018年的冰川表面高程变化和物质平衡，结果具有高覆盖和高分辨（30米）和高时间一致性的特点，是对Brun et al.(2017) ASTER结果的重要修正。揭示了喀喇昆仑较弱的负平衡（0.13±0.09 m w.e.yr-1），喜马拉雅较大的负平衡（约-0.42±0.1 m w.e.yr-1）;整个高亚洲较大的负平衡（-0.37±0.03 m w.e.yr-1）。.基于卫星测高（ICESat/CryoSat-2）和卫星重力，通过改进的数据处理，给出高亚洲不同时段的冰川物质平衡，基本按15个冰川分区给出了结果，与InSAR和遥感结果一起，形成高亚洲相互补充的物质平衡数据产品。根据卫星重力物质平衡估计，揭示了物质平衡的季节、年际和趋势特征及其受降水和温度影响的规律，揭示了高亚洲物质平衡受印度季风、西风带和ENSO影响的规律。.提出了一种修复Landsat 7 ETM+ SLC-off影像的方法，利用修复后的SLC-OFF影像，获取了喀喇昆仑中部区域1999-2003年的年际冰川流速场，揭示南北坡和上游下游差异及其控制因素。采用Landsat-8遥感数据，利用改进的数据处理和流速提取方法，获取了高亚洲2015年冰流速结果。其精度优于2米/年，分辨率分别为45m，优于国外同类数据产品。.利用卫星重力等观测和模型，首次揭示青藏高原2003-2009地下水的变化及其趋势，在高原东部、羌塘自然保护区中部、印度河上游和阿克苏河流域，发现了增加的趋势，指出主要与流域降水增多有关。.本研究提供了高亚洲较高质量的物质平衡和冰流速数据产品，揭示了其变化特征和控制因素，为高亚洲水资源合理利用和全球变化研究提供重要支撑。