ASD地物光譜儀助力科研人員進行山地冰川加速消融的機理和模型研究

 

2017年4月27-30日，中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院的科研人員對烏魯木齊河源1號冰川（簡稱一號冰川）做了年度“體檢”，并進行了山地冰川加速消融的機理和模擬研究。

科研人員主要測量了新疆天山一號冰川的物質平衡、反照率、厚度、溫度及運動速度等數(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態(tài)過程和時空差異，揭示其影響因素和機理，改進參數(shù)化方案，更真實地描述關鍵過程的物理機制，以減小冰川變化模擬的不確定性，分析一號冰川半個多世紀的變化趨勢，為評估冰川變化的各種影響及應對措施提供科學依據(jù)。

值得一提的是，應用ASD雙光束光譜同步測量系統(tǒng)，科研人員采集了不同類型冰川表面的反射光譜曲線，通過計算其反照率值，驗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雙光束光譜同步測量系統(tǒng)由2臺ASD地物光譜儀，1套Dual同步測量軟件組成。在Dual軟件設置中，一臺地物光譜儀作為固定單元，連續(xù)采集參考白板的測量數(shù)據(jù)；另一臺作為移動單元，自由收集光譜信息，測量過程中，不必考慮外界太陽光的連續(xù)變化，無需重復進行白板測量校正。兩臺儀器通過筆記本電腦和Dual軟件實現(xiàn)通訊、內部交叉校準和同步測量。

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

傳統(tǒng)野外光譜數(shù)據(jù)都是單光束的，即用同一臺儀器來測量目標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量參考白板和測量目標，這一條件實際上是很難滿足的，因為兩次掃描在時間上有先后關系，光照條件也難以完全一致。因此測量精度、數(shù)據(jù)采集時間及效率受光照條件的影響巨大，ASD雙光束光譜同步測量系統(tǒng)完美地解決了這個問題。

 

 

1. 延長數(shù)據(jù)采集時長：通過同步測量白板和樣品目標，Dual 軟件可使測量時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滯，同時，消除太陽光測量條件下所產(chǎn)生的錯誤源和不一致性；

3. 減少手動白板測量：相比較傳統(tǒng)的單臺儀器測量，使用Dual軟件可以省去周期性測量白板的時間，同時還可以進一步降低測量誤差，給用戶提供更多的時間直接測量目標物；

4. 軟件兼容性強：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，冰川反照率對冰川消融起至關重要的作用，是冰川物質/能量平衡過程中的關鍵參數(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、晶體結構、吸光性物質等）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，對于闡明山地冰川加速消融的機理以及對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反照率地面觀測因其時空范圍有限，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、可重復觀測的優(yōu)勢成為冰川反照率觀測最理想的技術手段，但對其數(shù)據(jù)的反演精度，尤其是西部山地冰川區(qū)的適用性還缺乏認識。

憑借ASD雙光束光譜同步測量系統(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證工作。