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NASA结合机载LiDAR和机载高光谱进行融雪监测

 

搭载了机载Lidar和机载高光谱的飞机正在作业中

 

近期NASA下面的喷气推进实验室(JPL)与加州水资源部共同合作了一个项目,通过双发飞机同时搭载RIEGL公司的Q1560机载LidarITRES公司的CASI-1500机载高光谱成像系统,对加州和科罗拉多州主要山区流域的积雪区域进行测图,这样能够精准的测量这片区域有多少水量,并估算融雪的时候有多少水量能够流出

【注:喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)是美国一个以无人飞行器探索太阳系的中心,其飞船已经到过全部已知的大行星,是位于加州帕萨迪那美国国家航空航天局的一个下属机构,负责为美国国家航空航天局开发和管理无人空间探测任务。】

 

进行积雪测量并对水量进行计算这是一项非常有意义的工作,这个世界因为人口的增长,气候变化导致的冰川消融以及各种污染问题,导致了淡水资源越来越重要。要知道世界上大部分流域的水都是来自于高山地区的冰雪融化,而加州和科罗拉多州每年融化的雪水为美国西部提供了75%淡水供应,其中几条支流为2600万的旧金山人民提供了水源。

 

通过山区积雪的测量,能够精确知道总体水量有多少,每年雪融之后又有多少水量能够流出,这样水资源管理者就可以使用这些测量数据来预测每年的水供应,制定水资源的调配策略,水库储水量的保有,农业灌溉等。这是一项非常宏大且与国计民生息息相关的重要任务。

 

这次的项目工作为期三年。从四月开始,用搭载Lidar和机载高光谱的飞机每周对加州地区的内华达山脉进行一次数据采集,每月对科罗拉多州的Uncompahgre流域采集一次数据。数据采集工作将要持续到整个融雪季节的结束,通常是在七月。

通过获取雪水当量雪反照率这两个属性数据来计算冰雪融化产生的水量和准确时间。

【注:雪水当量snow water equivalent)指当积雪完全融化后,所得到的水形成水层的垂直深度】

 

通过奥地利RIEGL公司的LMS-Q1560机载Lidar,可以精确的测算整个山区的雪水当量,即整个区域有多少水。

 

而通过加拿大ITRES 公司的CASI-1500机载高光谱成像仪,又可以获取另一个非常关键的数据——雪反照率。这个参数能够体现雪对阳光能量的吸收情况,以此可以判断出雪融化的快慢。

 

飞机可以在海拔1750022000英尺(53346705米)进行连续的数据采集工作,科学家便能进行实时的监测。监测可以分别察觉到积雪深度10 cm和雪水当量5%的变化量。数据处理好之后便可以在24小时之内提交给相关部门。 

雪水当量(上图)和雪反照率(下图),雪水当量的测量显示该区域水的总含量为3.75亿立方米;该区域反照率较低说明吸收的能量多,因此融雪会更快,雪水流量会更大。



自然彩色影像(上图)和三维彩色合成影像(下图),进行了积雪深度的比较,说明该区域的冰川,从90年代开始便一直在消退。

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