极地与海洋遥感团队在全自动化冰面湖探测及测深算法上取得突破

研究背景

       随着气候变暖，冰盖表面融化加剧，冰面湖在融化季广泛地存在于冰盖表面。作为极地冰盖水文系统的重要组成部分，冰面湖能够加剧冰盖表面融化，促进冰内融水通道发育，并对冰流速产生影响，在冰盖的物质平衡中起着至关重要的作用。准确、全面地监测极地冰盖冰面湖的动态，对进一步理解冰盖表面融化、冰盖动力学具有重要意义。以往对冰面湖的研究侧重于冰面湖位置、面积的时空分布特性，对深度或体积的研究相对较少。ICESat-2激光测高卫星发射的光子能够穿透水面，抵达冰面湖湖底，提供冰面湖湖面和湖底的高程信息，为准确提取冰面湖深度提供了助力。

论文介绍

       中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队博士研究生肖万鑫等基于ICESat-2 ATL03全球地理定位光子点云数据，选取南极冰盖Amery冰架和格陵兰冰盖西南流域作为研究区域，发展了一种不依赖于先验知识的冰面湖自动化探测和测深算法。该算法主要包括预处理、上下表面光子分离、冰面湖探测以及湖底轮廓优化四个步骤。预处理步骤采用DRAGANN算法，根据背景噪声光子频率自适应地去除大部分噪声光子；上下表面光子分离步骤采用核密度估计的方法分离湖面与湖底光子；冰面湖探测步骤依据湖面坡度、冰面湖的大小以及湖底光子数量确定冰面湖的位置与范围；湖底轮廓优化步骤主要是对去趋势化后底部光子进行拟合来获取最终湖底的轮廓，以消除地形起伏对算法的影响。最后依据前人研究结果对湖底光子高程进行折射改正。

       研究结果表明：（1）算法能够实现对冰盖表面冰面湖的自动化探测与深度测量，研究区内的冰面湖最大深度超过8 m；（2）算法在南极冰盖Amery冰架研究区的RMSE为0.30 m，在格陵兰冰盖西南流域研究区的RMSE为0.32 m，测量准确度相较于之前的自动化算法提升约30%。

论文意义

       该研究利用ICESat-2 ATL03全球地理定位光子数据发展了一种不依赖于先验知识的全自动化冰面湖探测及测深算法，并显著提升了冰面湖测深的准确率，简化了利用ICESat-2数据测量冰面湖深度的工作流程，为大范围、准确提取冰面湖深度工作奠定了基础。

       研究成果于近日发表于遥感领域top国际期刊《Remote Sensing of Environment》，题为“An automated algorithm to retrieve the location and depth of supraglacial lakes from ICESat-2 ATL03 data”。中山大学测绘科学与技术学院极地与海洋遥感团队博士研究生肖万鑫为文章的第一作者，惠凤鸣教授、梁琦助理教授为文章的通讯作者，团队首席科学家程晓教授为文章的合作作者。

       该研究得到了国家自然科学基金重点基金和杰出青年基金项目（41830536，41925027）、南方海洋与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设项目（311022003）的支持。

责编：许璐洁
一读：罗雨欣
初审：曹雁群
复审：林美珍
审核发布：漆小萍