基于卫星雷达测高的地表覆盖监测研究

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卫星雷达高度计已有30多年发展历史,虽然最初目的是为了研究海洋动力环境,但雷达高度计在非海水反射面也积累了多年的测量数据,例如陆地和海冰。通过对高度计波形数据进行处理可以获得反射面的后向散射系数和高度信息,后向散射系数与反射面的物理属性密切相关,高度信息则蕴含了反射面的几何信息。由于海洋测高技术的日益成熟,本论文把目光转向陆地和海冰之类的非高斯分布反射面,以充分挖掘雷达测高数据的潜在应用价值,并逐步完善雷达测高应用体系。  本论文主要内容包括以下三个方面:  (1)陆地覆盖监测。利用T/P卫星观测的后向散射系数(sigma(O))数据,分析中国大陆及周边陆地地区的后向散射系数空问分布特征,利用快速Fourier变换探测多年后向散射系数的时间序列变化周期,利用最小二乘方法确定各个变化周期的振幅,研究发现高度计后向散射系数对陆地覆盖类型敏感,且存在显著的周年和半周年周期;另外由于新疆地表类型丰富,且环境和气候变化在该区域的影响显著,因此本论文对新疆地区的后向散射系数时空分布研究进行了专门研究。  (2)海冰覆盖特性监测。利用ENVISAT雷达高度计后向散射系数监测极地附近海冰分布时空特征,确定出分离海冰和海水的后向散射系数阈值,计算海冰月均覆盖边界和范围,并和美国冰雪数据中心基于辐射计获取的结果进行比较,研究发现二者一致性较高;对两极海冰的表面属性差异进行了研究,如表面湿度和粗糙度,结果发现和南极相比北极夏季海冰表面较湿润,冬季则较干燥;计算了北极夏季九月的多年海冰范围,研究发现夏季海冰存在显著的下降趋势,验证了气候变暖对北极有较大影响。  (3)陆地测高。利用雷达高度计测高数据获得了中国陆地高程,并对不同频率、不同算法计算的测高结果与SRTM在典型地貌的差异做研究分析,研究发现陆地测高值整体偏小,且高程差异和研究区域地表类型有关,在浑善达克沙地SRTM和RA-2的1Hz测高结果均差为-1.12m,而在菏泽平原地区二者均差为-0.38m。另外本沦文将中国陆地区域内的ENVISAT测高结果和GTOPO30、ETOPO1的差异做了空间分析,并对差异进行了统计研究。  
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