冰盖的数字高程模型(digital elevation model,DEM)是对冰盖形状的刻画,是研究南极冰盖必不可少的基础数据[1]。然而,受气候变化影响,西南极冰盖发生了剧烈的消融,冰盖的DEM也随之不断地变化。Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2...冰盖的数字高程模型(digital elevation model,DEM)是对冰盖形状的刻画,是研究南极冰盖必不可少的基础数据[1]。然而,受气候变化影响,西南极冰盖发生了剧烈的消融,冰盖的DEM也随之不断地变化。Ice,Cloud and land Elevation Satellite-2(ICESat-2)是美国国家宇航局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)于2018年发射的最新一代激光测高卫星,星上搭载的先进地形激光测高系统(Advanced Topographic Laser Altimeter System,ATLAS)对南极冰盖表面进行了高密度的精确观测。本文利用这一观测数据,使用最小二乘拟合法制作了1 km×1 km网格的南极冰盖DEM。使用NASA冰桥(IceBridge)计划采集的机载激光雷达测高数据评估发现,随着冰盖表面坡度的降低,该DEM的精确度逐渐提高。整体来看,该ICESat-2 DEM与IceBridge高程数据的差值的中位数、均方根和十分位距分别为–0.45 m,17.51 m和17.93 m。在不同坡度范围内,该ICESat-2 DEM的精确度均优于前人基于ICESat-2数据所得到的南极冰盖的DEM。展开更多
ICESat-2(ice,cloud,and land elevation satellite-2)是美国NASA最新发射的激光卫星,其搭载了先进的地形激光测高仪系统,不仅能够有效探测海面高度,而且能探测浅海水深地形;然而,ICESat-2大量的噪声光子给浅海水深地形探测带来巨大挑...ICESat-2(ice,cloud,and land elevation satellite-2)是美国NASA最新发射的激光卫星,其搭载了先进的地形激光测高仪系统,不仅能够有效探测海面高度,而且能探测浅海水深地形;然而,ICESat-2大量的噪声光子给浅海水深地形探测带来巨大挑战。为了解决光子点云去噪问题,提出了两次聚类去噪算法和双向布料模拟滤波算法相结合的方法,有效提取了海底光子,提高了ICESat-2水深探测精度。利用澳大利亚东部某两处岛礁的ICESat-2实验数据,去噪结果表明本文提出的方法优于官方提取的去噪结果,通过与30 m格网实测水深地形数据比较,ICESat-2测深标准差优于0.236 m,获得了较为满意的水深探测结果。展开更多
ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含...ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含了设备噪声、大气颗粒散射噪声、背景干扰噪声等大量噪声光子。本研究提出了一种新的海面信号光子提取和海浪要素反演方法,首先将原始ICESat-2数据沿垂直方向均匀分段,统计各段内光子数,对其进行高斯拟合和迭代中值滤波,确定精确的海面光子上下界,从而提取出海面信号光子。进一步采用支持向量回归拟合,提取瞬时海面轮廓。在此基础上,利用频谱分析方法计算出有效波高和初步海浪峰值波长,通过对同步的强弱激光束相位相干分析,估算海浪波向,并修正海浪峰值波长和计算海浪峰值周期。对来自好望角和萨摩亚海域的24条轨道ICESat-2数据进行海面光子提取和海浪要素反演,并将结果与ERA5再分析数据进行对比验证。结果表明,海浪有效波高、波向和峰值周期的均方根误差(RMSE)分别为0.12 m、28.58°和0.48 s,表明该方法具有较高的海浪要素反演精度,具备进一步探索更大范围激光雷达数据海浪要素提取和分析的潜力。展开更多
文摘ICESat-2(Ice,Cloud and Land Elevation Satellite 2)卫星激光雷达数据被广泛应用于地形地貌测绘、森林监测、水域监测等多个领域。当ICESat-2飞越海面时,可以检测到被海面反射回的微弱光子信号,其反映了海面的起伏状态,但同时也包含了设备噪声、大气颗粒散射噪声、背景干扰噪声等大量噪声光子。本研究提出了一种新的海面信号光子提取和海浪要素反演方法,首先将原始ICESat-2数据沿垂直方向均匀分段,统计各段内光子数,对其进行高斯拟合和迭代中值滤波,确定精确的海面光子上下界,从而提取出海面信号光子。进一步采用支持向量回归拟合,提取瞬时海面轮廓。在此基础上,利用频谱分析方法计算出有效波高和初步海浪峰值波长,通过对同步的强弱激光束相位相干分析,估算海浪波向,并修正海浪峰值波长和计算海浪峰值周期。对来自好望角和萨摩亚海域的24条轨道ICESat-2数据进行海面光子提取和海浪要素反演,并将结果与ERA5再分析数据进行对比验证。结果表明,海浪有效波高、波向和峰值周期的均方根误差(RMSE)分别为0.12 m、28.58°和0.48 s,表明该方法具有较高的海浪要素反演精度,具备进一步探索更大范围激光雷达数据海浪要素提取和分析的潜力。
