ASD地物光谱仪助力科研人员进行山地冰川加速消融的机理和模型研究

 

2017年4月27-30日，中国科学院西北生态环境资源研究院的科研人员对乌鲁木齐河源1号冰川（简称一号冰川）做了年度“体检”，并进行了山地冰川加速消融的机理和模拟研究。

科研人员主要测量了新疆天山一号冰川的物质平衡、反照率、厚度、温度及运动速度等数据，这些数据将被用于研究山地冰川加速变化的动态过程和时空差异，揭示其影响因素和机理，改进参数化方案，更真实地描述关键过程的物理机制，以减小冰川变化模拟的不确定性，分析一号冰川半个多世纪的变化趋势，为评估冰川变化的各种影响及应对措施提供科学依据。

值得一提的是，应用ASD双光束光谱同步测量系统，科研人员采集了不同类型冰川表面的反射光谱曲线，通过计算其反照率值，验证了遥感反照率的反演精度，并分析了冰川反照率的影响因素。

ASD双光束光谱同步测量系统由2台ASD地物光谱仪，1套Dual同步测量软件组成。在Dual软件设置中，一台地物光谱仪作为固定单元，连续采集参考白板的测量数据；另一台作为移动单元，自由收集光谱信息，测量过程中，不必考虑外界太阳光的连续变化，无需重复进行白板测量校正。两台仪器通过笔记本电脑和Dual软件实现通讯、内部交叉校准和同步测量。

ASD双光束光谱同步测量系统实现了参考白板和目标物数据在完全一样的光照条件下同步测量和收集，极大地提高了科学家们的工作效率，在野外条件下能够获得最佳测量效果，其效果胜于在实验室里采用积分球。

传统野外光谱数据都是单光束的，即用同一台仪器来测量目标以及参考板的光谱辐射率。但是，单束装置有它的限制性——在完全一样的光照条件下测量参考白板和测量目标，这一条件实际上是很难满足的，因为两次扫描在时间上有先后关系，光照条件也难以完全一致。因此测量精度、数据采集时间及效率受光照条件的影响巨大，ASD双光束光谱同步测量系统完美地解决了这个问题。

 

 

1. 延长数据采集时长：通过同步测量白板和样品目标，Dual 软件可使测量时不必再等待良好的光照条件和理想的天气环境；

2. 采集更高精确度的反射光谱数据：Dual 同步采集软件可消除操作者的主观性和反射时滞，同时，消除太阳光测量条件下所产生的错误源和不一致性；

3. 减少手动白板测量：相比较传统的单台仪器测量，使用Dual软件可以省去周期性测量白板的时间，同时还可以进一步降低测量误差，给用户提供更多的时间直接测量目标物；

4. 软件兼容性强：Dual 软件可以兼容ASD FieldSpec 3 和FieldSpec 4 产品系列。

 

太阳净辐射为冰川消融提供最主要的能量源，而冰川反照率的大小直接决定了其表面所吸收的太阳辐射能的多少，控制着冰川表面与大气层之间的能量交换过程。因此，冰川反照率对冰川消融起至关重要的作用，是冰川物质/能量平衡过程中的关键参数。研究得出：冰川反照率的下降是引起近年来山地冰川加速消融的重要原因之一。

由于冰川反照率受雪、冰表层的物理属性（例如：表面类型、颗粒粒径、含水量、粗糙度、密度、晶体结构、吸光性物质等）和大气或天空的状况（例如：云量、太阳入射角）等的影响，因此，研究冰川反照率及其影响因素，对于阐明山地冰川加速消融的机理以及对其消融过程的模拟研究具有十分重要的意义。

传统的基于辐射仪的单点反照率地面观测因其时空范围有限，难以满足大面积反照率研究的需要。卫星遥感以其覆盖范围广、可重复观测的优势成为冰川反照率观测最理想的技术手段，但对其数据的反演精度，尤其是西部山地冰川区的适用性还缺乏认识。

凭借ASD双光束光谱同步测量系统，科研人员完成了冰川反照率影响因素分析及其参数化模拟方面的研究，以及遥感反演反照率的地面验证工作。