多年冻土活动层内部冰-水相变会导致多年冻土地表出现季节性的冻胀和融沉,而其上限处地下冰融化将引起地表的长期沉降,因此揭示地表形变的季节和长期变化规律可为多年冻土变化研究提供新的视角和方法。本文以青藏高原多年冻土区北界(西大滩—昆仑垭口)为研究区,利用C波段降轨Sentinel-1数据,采用SBAS-InSAR技术获取该地区多年冻土2014—2020年的地表形变时间序列结果,并基于长期形变速率和季节性形变量探讨了该地区的多年冻土形变规律。结果表明:在多年冻土北界西大滩沟谷地区,不连续多年冻土区形变空间差异较大,多年冻土区的长期沉降速率和季节性的形变量高于季节冻土区。此外,高温多年冻土地表沉降比低温多年冻土更为显著,形变空间分布特征与地貌单元紧密联系。与西大滩谷地相比,昆仑山垭口地区和楚玛尔河高平原区域的长期形变速率与季节性形变量都明显增大。同时热融湖塘的形成过程与地表形变有着直接的关联,在热融湖塘发展早期,地下冰融化使得区域季节性形变量增大,随着热融湖塘扩张,区域长期沉降速率加剧,热融湖塘进一步发展后,区域季节性形变量可能降低。

冻土的冻涨融沉导致地表形变，影响铁路路基的稳定性，给青藏铁路的安全运营与维护带来巨大困难。本文利用Sentinel-1A时间序列遥感数据集，定量反演青藏铁路安多段2018年7月到2020年2月的地表形变信息，并采用多尺度面向对象分类法对该地区进行地物分类，进而揭示不同覆盖类型下的地表形变特征。研究结果显示地表覆被类型与冻土形变特征有较强的关联性，其中植被可有效稳定土层环境，减弱冻土冻融活动；无任何覆盖物的裸土直接与外界进行水热交换，地表形变最为显著；人造地物则加重了地表载荷，且均位于平坦、气温较高的地区，该处冻土活动对温度变化敏感。此外，在地形起伏剧烈、土层含水量较小、气温较低的季节冻土区，降水为地表周期性形变的主导影响因素，从山顶到山谷，地表下沉趋势减弱；在地形起伏平缓、土层含水较大、气温较高的岛状多年冻土区，温度为地表周期性形变的主导因素，顶部到山谷的形变趋势增强。

作为大地测量的一种新兴空间技术,合成孔径雷达干涉(synthetic aperture radar interferometry,InSAR)具有全天时、高精度、大范围和速度快的优点,逐渐被应用于多年冻土区地表形变监测中。通过综述多年冻土形变原理及InSAR监测多年冻土形变的应用实例,研究表明:在气候变暖的背景下,多年冻土区地表年际形变以下沉为主,多年冻土上限附近地下冰含量的大小是影响年际形变量的主要因素;活动层内土壤含水量影响着地表季节形变量的大小,不同类型多年冻土区的地表年际形变量和季节形变量存在着较大的差异。研究还表明,不同波长的SAR产品在不同类型多年冻土区的适用性不同,下垫面特征对利用InSAR获取地表形变量有较大影响,L波段的SAR数据在植被覆盖度较好的区域有更好的效果。由于InSAR的失相干问题,加之目前还缺少长时间、多类型、高频率的实测形变结果作为验证和标校数据,获取准确且连续的大范围形变数据较为困难。针对目前寒区研究需求,布设野外长期观测站点,建立适用于不同多年冻土区的地表形变反演算法,构建具有较高精度和较高时空分辨率的地表形变数据集具有重要的实践和科学意义。

多年冻土随气候变暖逐渐发生退化,严重影响多年冻土区工程建设的稳定性,因此实时、准确地监测多年冻土变化迫在眉睫。合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)作为一种新型对地观测技术,可以全天时、全天候的对多年冻土区地表进行大范围监测,成为一种有效的监测手段。主要介绍InSAR技术在多年冻土区近20年的研究进展与未来发展趋势。首先介绍了InSAR技术的基本原理和常用的SAR系统,然后基于InSAR技术的发展,概述了D-InSAR和时序InSAR技术在多年冻土区的应用,并对目前发展的冻融模型进行总结,分析了多年冻土区地表形变影响因素,最后展望未来InSAR技术在多年冻土监测中的发展趋势与面临的主要问题,以期为科研人员提供系统的应用介绍。