ASD地物光譜儀助力科研人員進(jìn)行山地冰川加速消融的機(jī)理和模型研究

 

2017年4月27-30日，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院的科研人員對(duì)烏魯木齊河源1號(hào)冰川（簡(jiǎn)稱一號(hào)冰川）做了年度“體檢”，并進(jìn)行了山地冰川加速消融的機(jī)理和模擬研究。

科研人員主要測(cè)量了新疆天山一號(hào)冰川的物質(zhì)平衡、反照率、厚度、溫度及運(yùn)動(dòng)速度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將被用于研究山地冰川加速變化的動(dòng)態(tài)過程和時(shí)空差異，揭示其影響因素和機(jī)理，改進(jìn)參數(shù)化方案，更真實(shí)地描述關(guān)鍵過程的物理機(jī)制，以減小冰川變化模擬的不確定性，分析一號(hào)冰川半個(gè)多世紀(jì)的變化趨勢(shì)，為評(píng)估冰川變化的各種影響及應(yīng)對(duì)措施提供科學(xué)依據(jù)。

值得一提的是，應(yīng)用ASD雙光束光譜同步測(cè)量系統(tǒng)，科研人員采集了不同類型冰川表面的反射光譜曲線，通過計(jì)算其反照率值，驗(yàn)證了遙感反照率的反演精度，并分析了冰川反照率的影響因素。

ASD雙光束光譜同步測(cè)量系統(tǒng)由2臺(tái)ASD地物光譜儀，1套Dual同步測(cè)量軟件組成。在Dual軟件設(shè)置中，一臺(tái)地物光譜儀作為固定單元，連續(xù)采集參考白板的測(cè)量數(shù)據(jù)；另一臺(tái)作為移動(dòng)單元，自由收集光譜信息，測(cè)量過程中，不必考慮外界太陽光的連續(xù)變化，無需重復(fù)進(jìn)行白板測(cè)量校正。兩臺(tái)儀器通過筆記本電腦和Dual軟件實(shí)現(xiàn)通訊、內(nèi)部交叉校準(zhǔn)和同步測(cè)量。

ASD雙光束光譜同步測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了參考白板和目標(biāo)物數(shù)據(jù)在完全一樣的光照條件下同步測(cè)量和收集，極大地提高了科學(xué)家們的工作效率，在野外條件下能夠獲得最佳測(cè)量效果，其效果勝于在實(shí)驗(yàn)室里采用積分球。

傳統(tǒng)野外光譜數(shù)據(jù)都是單光束的，即用同一臺(tái)儀器來測(cè)量目標(biāo)以及參考板的光譜輻射率。但是，單束裝置有它的限制性——在完全一樣的光照條件下測(cè)量參考白板和測(cè)量目標(biāo)，這一條件實(shí)際上是很難滿足的，因?yàn)閮纱螔呙柙跁r(shí)間上有先后關(guān)系，光照條件也難以完全一致。因此測(cè)量精度、數(shù)據(jù)采集時(shí)間及效率受光照條件的影響巨大，ASD雙光束光譜同步測(cè)量系統(tǒng)完美地解決了這個(gè)問題。

 

 

1. 延長(zhǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)長(zhǎng)：通過同步測(cè)量白板和樣品目標(biāo)，Dual 軟件可使測(cè)量時(shí)不必再等待良好的光照條件和理想的天氣環(huán)境；

2. 采集更高精確度的反射光譜數(shù)據(jù)：Dual 同步采集軟件可消除操作者的主觀性和反射時(shí)滯，同時(shí)，消除太陽光測(cè)量條件下所產(chǎn)生的錯(cuò)誤源和不一致性；

3. 減少手動(dòng)白板測(cè)量：相比較傳統(tǒng)的單臺(tái)儀器測(cè)量，使用Dual軟件可以省去周期性測(cè)量白板的時(shí)間，同時(shí)還可以進(jìn)一步降低測(cè)量誤差，給用戶提供更多的時(shí)間直接測(cè)量目標(biāo)物；

4. 軟件兼容性強(qiáng)：Dual 軟件可以兼容ASD FieldSpec 3 和FieldSpec 4 產(chǎn)品系列。

 

太陽凈輻射為冰川消融提供最主要的能量源，而冰川反照率的大小直接決定了其表面所吸收的太陽輻射能的多少，控制著冰川表面與大氣層之間的能量交換過程。因此，冰川反照率對(duì)冰川消融起至關(guān)重要的作用，是冰川物質(zhì)/能量平衡過程中的關(guān)鍵參數(shù)。研究得出：冰川反照率的下降是引起近年來山地冰川加速消融的重要原因之一。

由于冰川反照率受雪、冰表層的物理屬性（例如：表面類型、顆粒粒徑、含水量、粗糙度、密度、晶體結(jié)構(gòu)、吸光性物質(zhì)等）和大氣或天空的狀況（例如：云量、太陽入射角）等的影響，因此，研究冰川反照率及其影響因素，對(duì)于闡明山地冰川加速消融的機(jī)理以及對(duì)其消融過程的模擬研究具有十分重要的意義。

傳統(tǒng)的基于輻射儀的單點(diǎn)反照率地面觀測(cè)因其時(shí)空范圍有限，難以滿足大面積反照率研究的需要。衛(wèi)星遙感以其覆蓋范圍廣、可重復(fù)觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)成為冰川反照率觀測(cè)最理想的技術(shù)手段，但對(duì)其數(shù)據(jù)的反演精度，尤其是西部山地冰川區(qū)的適用性還缺乏認(rèn)識(shí)。

憑借ASD雙光束光譜同步測(cè)量系統(tǒng)，科研人員完成了冰川反照率影響因素分析及其參數(shù)化模擬方面的研究，以及遙感反演反照率的地面驗(yàn)證工作。