基于极化SAR的罗布泊湖盆“大耳朵”特征分析

高志宏

国家基础地理信息中心，北京 100830

罗布泊作为中国西部乃至全球典型极端干旱区之一，其历史时期环境变迁的过程及其原因，反映了干旱区气候环境演变的规律。自从1972年被美国Landsat－1遥感影像发现以来，罗布泊湖盆“大耳朵”特征成因一直受到科学家的关注，在学术界引起了广泛的讨论。

遥感影像宏观大尺度的特点对研究大空间范围地质现象具有较大的优势，可以作为传统实地考察和踏勘等手段的有力补充。罗布泊地区自然条件恶劣，地域广阔，野外工作困难，遥感技术应用尤为重要。合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）对干燥介质层的穿透作用，使其不仅可以用于地表形态的研究，而且能够对地下目标及其隐伏特征进行探测，为干旱区次地表特征的信息提取与定量研究提供了理论与技术依据。

本文基于极化SAR遥感技术，结合野外科学考察和实验室参数测量的结果，通过极化SAR目标分解和散射特征模拟的方法，开展罗布泊湖盆“大耳朵”特征的定性分析和定量研究；同时利用DEM、多光谱和SAR遥感数据综合分析了“大耳朵”特征形成的原因，探讨其中蕴含的气候环境意义。

本文的主要研究成果如下：

（1）在利用全极化SAR数据对罗布泊湖盆沉积物进行物理散射机制分析的基础上，重点研究Freeman－Durden分解与Cloude分解两种分解方法的特点，同时开展对比试验。结果表明，Cloude分解方法不仅更能反映罗布泊地表的真实状况，而且能给出表征地表散射机制的极化参数，更适合于分析湖盆沉积物复杂的散射机制。

（2）基于双层散射结构模型，对湖盆区域次地表的散射特性进行描述和模拟，同时结合Cloude分解方法的分解量对模型模拟的结果进行了验证和分析。试验结果表明，双层散射模型在罗布泊区域具有适用性，体散射特征在罗布泊湖盆沉积物的研究中不可忽略，具有特殊的意义。

（3）基于全极化RADARSAT－2数据和三阶段反演算法对罗布泊湖盆干燥介质层厚度反演方法进行了研究，试验结果表明POLInSAR技术在罗布泊地区具有较大的应用潜力，反演的厚度系数对研究罗布泊湖盆区域干燥介质层厚度具有一定的参考价值。

（4）综合利用DEM、多光谱和SAR 3种类型的遥感数据，结合野外地面考察和实验室测量的数据，进行定性分析和定量模拟。研究结果表明，罗布泊“大耳朵”特征形成原因中，湖盆地形高度是环境背景原因；地表粗糙度是表观原因；次地表含盐量是根本原因。此外，通过论证分析发现“大耳朵”特征蕴含着丰富的气候环境信息。

本文的创新点如下：

（1）首次对罗布泊湖盆区域次地表干燥介质层的体散射特征进行模型模拟，同时利用Cloude分解结果对模型的有效性和精度进行验证，为定量研究罗布泊湖盆沉积物的散射特性奠定了基础。

（2）首次尝试利用全极化SAR数据和三阶段反演算法，基于POLInSAR技术对罗布泊湖盆区域上层干燥介质层的厚度反演方法进行研究，研究方法和思路具有一定的前沿性。

（3）首次同时利用DEM、多光谱和SAR 3种类型的遥感数据，从环境背景、地表、次地表3个角度对罗布泊“大耳朵”特征成因进行综合分析；同时对基于SAR数据建立罗布泊区域气候变化曲线的方法进行了探讨分析。