基于Sentinel-1时间序列的河冰表面物候提取研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0130

摘要/Abstract

摘要：

利用遥感技术识别河冰物候信息，能有效地评估河冰生长趋势，提高冰情信息化管理水平。以黄河内蒙古段为例，基于Sentinel-1时间序列遥感影像，综合曲线斜率法与动态阈值法提取了近5年（2015—2020年）黄河内蒙古段海勃湾库尾、三盛公闸下河段、三湖河口河段、头道拐河段以及万家寨库尾5个子段河冰物候（初冰日、完全冻结日、开始消融日、完全消融日）并分析其变化特征。结果表明：5个子河段初冰日和完全消融日的最优提取阈值分别为0.1、0.2、0.1、0.05以及0.05倍的Logistic曲线上下限差，识别偏差在3日以内；完全冻结日和开始消融日出现在Logistic曲线斜率最大（最小）值处，识别偏差在5日以内；5段近5年初冰日呈偏晚趋势，变化速率分别为1.4 d·a^-1、1.0 d·a^-1、0.8 d·a^-1、0.2 d·a^-1及0.4 d·a^-1；海勃湾库尾和头道拐河段从初冰日至完全冻结日的横向冻结速率正以0.2 d·a^-1和1.4 d·a^-1逐年增加，而巴彦高勒河段和万家寨库尾区以1.4 d·a^-1和1.0 d·a^-1逐年减少，三盛公闸下河段基本保持不变。研究成果可为冰凌洪水预测及河岸堤防修建提供科学依据。

关键词: 河冰, 物候特征, 斜率法, 动态阈值法, Sentinel-1, 黄河内蒙古段

Abstract:

Using remote sensing technology to identify river ice phenology information can effectively assess the growth trend of river ice and improve the information management level of ice conditions. based on Sentinel-1 time series remote sensing images， this study took the Inner Mongolia section of the Yellow River as an example， combined curve slope method and dynamic threshold method to extract a five-year （2015—2020） phenological information （FUS， FUE， BUS and BUE） of river ice from the tail of Haibowan reservoir， the lower reach of Sanshenggong Sluise， Sanhuhekou reach， Toudaoguai reach and the tail of Wanjiazhai reservoir， which are five sub sections of Inner Mongolia section of the Yellow River， and analyzed its dynamic characteristics. The result showed that the optimal extraction thresholds for the FUS and the BUE of these five sub-sections are 0.1， 0.2， 0.1， 0.05， and 0.05 times the upper or lower limit of the Logistic curve， and the identification deviations are within 3 days. The FUE and the BUS appear at the maximum （minimum） value of the slope of the Logistic curve， and the identification deviation are within 5 days. The BUS of the five sub sections had a late trend in the past five years， and the rate of change was 1.4 d·a^-1， 1.0 d·a^-1， 0.8 d·a^-1， 0.2 d·a^-1 and 0.4 d·a^-1， respectively. The freezing rate of the the tai of Haibowan reservoir l and Toudaoguai sections from the BUS to the BUE is increasing at 0.2 d·a^-1 and 1.4 d·a^-1 year by year， while the Bayangola section and the tail of Wanjiazhai reservoir decrease at 1.4 d·a^-1 and 1.0 d·a^-1， and the lower reach of Sanshenggong Sluise stays basically the same. Research results of this paper can provide scientific basis for ice flood prediction and construction of bank embankment.

Key words: river ice, phenological characteristics, slope method, dynamic threshold method, Sentinel-1, Inner Mongolia section of the Yellow River

中图分类号:

P343.6⁺3

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参考文献 47

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年份	关键物候节点	日期（月-日）（天数）	说明
2019—2020	初冰日	11-25（16 d）	黄河内蒙古三湖河口至万家寨库尾全线流凌，流凌密度10%左右，流凌河段长度约336 km
	完全冻结日	12-06（27 d）	黄河头道拐水文断面上游4 km处，即呼和浩特市托克托县黄河什四份子险工段出现首封
	完全消融日	03-17（128 d）	全河段无流凌
2018—2019	初冰日	12-05（26 d）	黄河三湖河口至头道拐全线流凌，流凌密度20%左右
	完全冻结日	12-15（36 d）	黄河内蒙古段累计封冻长度596 km，三盛公闸下至万家寨封冻540 km
	完全消融日	03-22（132 d）	黄河内蒙古段封冻河段全部开通
2017—2018	初冰日	11-18（9 d）	包头至头道拐河段出现首凌，流凌密度10%
	完全冻结日	12-04（25 d）	黄河内蒙古河段头道拐断面处首次封河，封河长度6 km
	完全消融日	03-18（129 d）	黄河内蒙古河段全线开通
2016—2017	初冰日	11-21（12 d）	三湖河口至头道拐上午9时出现流凌，截至16时最大流凌密度10%，流凌长度约70 km
2016—2017	完全消融日	03-21（131 d）	黄河内蒙古段全线开通
2015—2016	初冰日	11-27（18 d）	上游河段头道拐流凌密度10%
	完全冻结日	12-15（36 d）	头道拐段面上封河6 km
	完全消融日	03-23（133 d）	内蒙古段累计开河668 km，剩余未封冻河段在万家寨库区

河段	年份	FUS				FUE	BUS	BUE
河段	年份	0.05 Sa	0.1 Sa	0.15 Sa	0.2 Sa	FUE	BUS	0.05 Sa	0.1 Sa	0.15 Sa	0.2 Sa
S1	2015—2016	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
	2016—2017	-4	-1	+3	+5	-2	+3	+2	0	-2	-5
	2017—2018	-5	-1	+2	+3	-3	-3	+6	+1	-1	-4
	2018—2019	-2	+1	+2	+5	+2	+1	+5	0	-2	-5
	2019—2020	-4	-1	+1	+3	+2	-3	+12	+3	-3	-6
S2	2015—2016	-8	-4	-3	+2	+2	-1	+4	+1	-2	-3
	2016—2017	-11	-5	-3	0	-2	+4	+12	+7	+2	-2
	2017—2018	-9	-4	-1	+1	-3	+4	+9	+6	+3	-1
	2018—2019	-6	-2	-1	+1	+4	-5	+12	+7	+2	-1
	2019—2020	-6	-3	-1	+1	+3	+3	+11	+6	+4	+1
S3	2015—2016	-4	-1	+3	+5	-3	+2	+3	+3	-4	-9
	2016—2017	-2	+2	+5	+7	+3	+4	+5	+2	-2	-7
	2017—2018	-1	+1	+3	+4	-3	+3	+6	+2	-2	-4
	2018—2019	-5	0	+1	+2	+2	-4	+6	+1	-2	-5
	2019—2020	-3	-1	+7	+9	+3	-3	+4	0	-2	-7
S4	2015—2016	-3	+1	+5	+11	+5	-4	+3	+1	-3	-6
	2016—2017	-2	+2	+4	+9	-4	+2	+2	-2	-5	-7
	2017—2018	-1	+2	+3	+5	-4	-2	+1	-1	-2	-4
	2018—2019	-1	+2	+3	+4	-3	0	0	+2	-3	-4
	2019—2020	-1	+2	+4	+6	+1	+3	+1	-1	-7	-8
S5	2015—2016	-1	+3	+6	+11	+5	-2	+2	-2	-6	-8
	2016—2017	-2	+2	+6	+8	-4	+5	+1	-2	-5	-10
	2017—2018	+1	+4	+7	+9	+2	-3	+2	-2	-7	-9
	2018—2019	+1	+4	+5	+7	+5	-3	+1	-5	-8	-11
	2019—2020	+1	+5	+7	+9	-3	+3	+3	-3	-6	-8

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