作为中国三大积雪区之一，青藏高原的积雪变化在气候系统、水文地质以及生态环境方面发挥着关键作用。已有的被动微波积雪深度反演方法存在数据分辨率低、不确定性高等问题，不适用于青藏高原复杂的山区地形。因此，本文基于FY-3B被动微波数据开发了青藏高原降尺度雪深反演模型，利用机器学习算法，将筛选后的亮温差作为参数输入，同时引入了高程、经纬度、植被覆盖度、积雪覆盖度和积雪天数等特征，最终进行了500 m分辨率的青藏高原雪深制图。结果显示，极端梯度提升XGBoost算法的决定系数（R2）和均方根误差（root mean square error,RMSE）分别为0.762和5.732 cm，明显优于支持向量回归和随机森林算法。从积雪天数、积雪覆盖度和植被覆盖度三个方面探讨了模型精度的变化，结果表明，在积雪天数为30～60 d时，模型表现良好，平均相对误差（mean relative error,MRE）最低为36.79%,RMSE为2.78 cm；随着积雪覆盖度的增加，模型的RMSE逐渐增大，在积雪覆盖度为0.25～0.50时，MRE和RMSE分别达到39.97%和3.12 c...

自然因素或人类活动可使地球表层或内部应力发生变化，进而产生灾害事件。获取灾害事件与灾害过程的关键地学参数对于准确理解灾变过程、科学解释灾变机制、正确拟定应对策略具有重要意义。InSAR技术已广泛应用于自然因素或人类活动导致的灾害事件与灾变过程的参数反演。本文首先介绍了InSAR卫星的发展和地表形变监测的基本原理；然后分析了InSAR地学参数反演在地震、火山活动、地下水抽取、矿山开采、冻土冻融、冰川运动、地下流体迁移等各类潜在致灾事件中的研究现状；最后分析了InSAR地学参数反演存在的主要挑战和问题。

高原冰川表面温度是高原冰川活动的一个重要物理特征,对其进行反演研究能进一步反映高原冰川地区的气候变化。本研究以中国长期监测的老虎沟12号冰川为研究对象,利用2013—2019年Landsat 8多光谱和热红外波段数据,结合Jiménez-Mu?oz (JM)模型算法反演冰川表面温度,并进行对比分析。结果表明:(1) Jiménez-Mu?oz (JM)模型算法结合Landsat 8数据能够较好地反演冰川表面温度;(2) 2013—2017年夏季,由于太阳直射时间和角度不同,加上全球气候变暖影响,冰川表面平均温度略微升高,2019年秋季,温度相较于2013—2017年夏季有所降低,表明温度随季节变化;(3)同年间低海拔冰川表面温度高于高海拔冰川表面温度,表明温度与高程负相关;(4) 0°～180°坡向冰川表面温度高于180°～360°坡向冰川表面温度,表明温度与太阳辐射有关,且不同区域温差较大。本研究结果为进一步使用遥感数据探究高原冰川表面温度提供了参考。

青藏高原因其复杂的地形地势和和积雪分布使得多种雪深算法未达到理想的精度。基于新一代被动微波数据AMSR2(Advanced Microwave Scanning Radiometer2),应用随机森林算法(Random Forest,RF)将亮温(Brightness Temperature,BT)和亮温差(Brightness Temperature Difference,BTD)作为参数输入,并将高程和纬度参数引入雪深反演模型中,经过模拟退火算法进行有效反演因子筛选,构建了基于随机森林算法的青藏高原雪深反演模型。结果表明:与AMSR2全球雪深产品相比,随机森林算法的拟合优度(R2)由0.41提升至0.60,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)由7.36cm降至4.88cm,偏差(BIAS)由3.24cm减小至-0.16cm,随机森林雪深反演模型在青藏高原的精度更高;青藏高原平均海拔超过4 000m,当海拔大于青藏高原平均海拔时,随机森林算法的反演效果最差,但RMSE仅为3.78cm,BIAS仅为-0.09cm;高原南部(25°～30°N)因其复杂的地...

通过建立正演冻土模型,验证了将高密度电阻率法应用于冻土监测的可行性。对高密度电阻率法装置进行特殊处理,将其应用于对季节性冻土的监测,并进行了七个月份的连续监测。结果表明:高密度电阻率法在季节性冻土监测中可行;通过对实测数据进行反演处理,得到电阻率反演剖面,可以看出表层土壤在季节变化中有明显的结冻、解冻行为;并可估算出冬季冻土深度范围。

考虑未冻水含量随不同负温变化的事实,结合混合量热法中相变潜热对冻土比热测试值的影响,建立了基于比热的冻土未冻水含量反演算法。依据比热具有按各成分质量可进行加权叠加的性质,将相变阶段某一温度点的冻土比热视为冻土骨架、液态水和固体冰三相的比热加权之和,同时还考虑了该温度点未冻水变化率所需潜热的影响,在此基础上导出了根据冻土比热反演其未冻水含量的方法。将冻土相变阶段一定温度下的比热视为冻土骨架、液态水和固体冰比热的加权总和。采用混合量热试验测量了某冻土试样的未冻水含量,并利用本文给出的反演算法计算了相应的未冻水含量。两种测试结果的未冻水含量变化趋势相同,即未冻水含量随着温度的降低逐渐减少,且递减趋势逐渐减弱;与混合量热试验方法相比,本文给出的算法得出的未冻水含量略高,这主要是因为新算法考虑了相变潜热的影响,因而理论上更为合理。

音频大地电磁测深(AMT)在"死频带"(500～5 000 Hz)内,容易引起视电阻率与相位曲线畸变。为获得探测天然气水合物的高质量AMT数据,在青藏高原冻土区开展了AMT采集试验研究,涉及到5个采集参数,分别为采集时段、采集时长、天气、电极距与测点密度。通过参数对比试验发现:为获取高质量的AMT数据,采集时段应选择在下午至晚上区间,采集时长≥40 min,选用较小的电极距(50～100 m),选择多云或阴天进行采集,此外,采用密度较高的点距布设(点距100 m或更小)有利于构建准确的电性模型。

冻土的蠕变特性对深井冻结法施工至关重要。针对某矿区人工冻土在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃下进行单轴抗压强度试验,发现冻土的抗压强度受冻结温度变化影响,两者间为线性反比例关系。通过小生境原理对传统的遗传算法作模糊随机改进,给出模糊遗传算法的步骤思路,进而运用该算法反演冻土蠕变模型中的参数值,获得各温度下的蠕变模型。试验结果表明:蠕变模型计算值在蠕变各阶段与试验值吻合较好,准确反映了冻土蠕变的整体规律。可见,模糊遗传算法能有效反演蠕变参数,较传统方法更符合工程实际。

作为冻土区天然气水合物重要的成藏因素——盖层冻土的厚度,其勘探方法多样且各具特点。选择性价比较高的音频大地电磁测深(AMT)为探测技术,以青海木里地区为研究对象,通过多种典型模型的AMT正演模拟,并对正演响应进行一维自适应正则化反演与分析,结果表明一维正则化反演曲线取对数求导曲线(或称地层界面分层因子曲线)可较好地划分多年冻土层底板,并在木里地区划分多年冻土厚度中取得了较好的应用效果,为冻土区天然气水合物靶区预测提供良好的支撑作用。由过井DK9的两条十字剖面研究表明,井DK9附近的多年冻土厚度起伏变化不大,约在60～100 m之间变化,为天然气水合物的富集提供了良好的盖层条件。其中,垂直于断裂构造方向DK9-2剖面的多年冻土厚度变化较大,约为60～100 m;平行于断裂构造方向的DK9-1剖面的多年冻土厚度变化较小,为68～92 m。

受全球气候变化影响,国内东北高纬度冻土地区多年冻土退化显著,冻土融化过程中水分相态变化对土体的力学指标产生严重影响,导致多条高速公路路域滑坡、路基不均匀沉陷等地质灾害频发。为了研究岛状冻土区域分布规律,以北安至黑河高速公路K153-K183路域为研究区,分别选择覆盖范围2009年3、5、9月3景Landsat 7 ETM+影像数据,运用辐射传输方程法对研究区进行红外地表温度反演,得到研究区对应日期时刻地表温度图,分析了地温与NDVI、DEM的相关性。对反演的结果采用自然间断点分级法进行图层分类,通过对研究区地表温变分析和人工解译,获得对应时刻区域内的低温区分布图,对低温区进行相交运算,得到研究区2009年冻土分布图,经与北安至黑河高速公路冻土勘察结果比对,具有较好的一致性。