추상적인
지구 온난화 배경 하에 빙하호의 확장으로 인해 유출 위험이 점차 심화되고 있으며, 지속적이고 정밀한 빙하호 모니터링이 재난 방지의 핵심이 되었다. 현재 합성개구레이더(SAR)는 24시간 전천후 및 구름과 안개 투과의 독특한 장점으로 인해 복잡한 산악지역의 빙하호 연구에 널리 사용되고 있으며, 높은 시간 해상도 덕분에 빙하호의 계절적 동적 변화를 포착할 수 있다. 그러나 SAR 후방 산란 특성은 빙하호의 계절적인 동결 및 해동에 의해 발생하는 인식 오류에 대해 효과적으로 다뤄지지 않아 SAR를 통한 빙하호 추출의 정확도가 제한된다. 본 논문은 공초와 랑초를 시험구역으로 선정하여 Sentinel-1 SAR과 다중 광학 영상을 결합해 2020년 두 호수의 면적 변화를 분석하고, SAR 특성이 동결 해동 과정에 반응하는 기작을 탐구하였다. 결과는 다음과 같다: 랑초는 계절적 결빙이 적어 광학 영상과 SAR 영상에서 추출한 호수 면적이 거의 일치하였으며, 공초는 명확한 계절적 동결 해동 차이를 보여 SAR 영상에서 추출한 면적이 1.85에서 2.65 km² 사이에서 변동한 반면, 광학 영상은 2.6에서 2.8 km²로 안정적이었다. SAR 강도와 간섭 상관성 분석을 결합한 결과, 공초는 매년 11월부터 다음 해 3월까지 비교적 안정적인 호수 얼음이 존재하며, 이것이 SAR과 광학 영상 간의 빙하호 추출 차이의 주요 원인임을 밝혔다. 이러한 발견을 바탕으로 본 연구는 다양한 상태에서의 SAR 강도 및 상관성 특성을 분석하고 경험적 임계값을 사용해 빙하호 수체와 호수 얼음을 효과적으로 구분하였다. 공초와 랑초의 모니터링 결과를 종합해 보면, SAR 영상은 무빙기 없는 온난기 빙하호 모니터링에 적합하거나 명확한 계절적 동결 해동이 발생하지 않는 빙하호 연구에 적합하며, 동시에 SAR 강도와 간섭 상관성의 결합이 안정적인 호수 얼음 존재 여부를 식별하는 데 유효한 근거를 제공할 수 있음을 알 수 있다.
키워드
빙하호; 면적 변화; 합성개구레이더; 후방 산란 강도; 편파 특성; 간섭 상관성; 안정 얼음 감지
1 인용문
고산 빙하 호수 (빙하 호수라고도 함) 는 고산 환경에서 빙하 침식, 빙퇴석 물체 막힘 및 빙하 융수가 모여 형성된 천연 수체로 빙두, 빙하 전연과 빙퇴석 저지에서 흔히 볼 수 있으며 빙하권 수문 시스템의 중요한 구성 부분 (施雅风，2011；姚晓军 等，2017；Yao等，2018）。지구온난화의 배경하에 빙하의 쾌속적인 퇴축과 융수공급은 공동으로 빙하호의 수량증가와 면적확장을 구동한다 (邬光剑 等，2019；张国庆 等，2022）。고아시아의 경우 2018년 편목에 따르면 이 지역의 빙하호 수는 이미 30121개에 달하고 총면적은 2080km² 를 초과했으며 1990년부터 2018년까지 연평균 면적 성장률은 약 15.2% (Wang等，2020）。이러한 호수는 갈수기에 관건적인 저축 기능을 담당하며,"아시아 워터타워"등 고산 유역 하류의 급수와 용수 안전의 중요한 보장 (朱立平 等，2019；Nüsser和Schmidt，2017）；그러나 빙하 물질이 지속적으로 손실되고 빙하 호수의 저수량이 끊임없이 상승함에 따라 빙하 호수가 홍수를 무너뜨릴 위험이 현저하게 증가하고 나아가 하류 인프라와 주거 지역에 날로 두드러진 위협이 되고 지역 물 안전이 직면한 불확실성도 따라서 상승한다 (周玉杉 等，2024；姚檀栋和姚治君，2010；Ahmed，2025）。따라서 빙하 호수에 대한 체계적인 모니터링은 절실한 현실적 수요를 가지고 있다.
빙하호는 기온과 강수 변화에 매우 민감하며, 그 크기, 수위의 높낮이와 결빙 시간의 변화는 빙하의 퇴축과 지역 에너지-수분 조건의 변화를 직접적으로 반영하여 기후 변화 신호를 포착하는 데 핵심 증거 (Nie等，2021；Zhang等，2024）。더욱 중요한것은 빙하호의 물후는 계절척도의 에너지수지와 물순환과정을 직접 표징하는데 이는 수자원의 접근성, 갈수기의 보급능력 및 재해잉태조건을 평가하는 중요한 지표 (C와 Priyadharsini, 2025;Kaushik等，2022）。이미 연구에 따르면 고산호수의 융빙기는 체계적으로 앞당겨지는데 주로 겨울철의 강설감소와 봄철의 온도상승과 관련된다 (Preston等，2016）；또한 융빙 이상은 종종 빙하 호수의 갑작스러운 확장과 동시에 발생하며, 붕괴 홍수가 발생하기 몇 주 전부터 몇 달 전까지 조기 경보 신호 (Baig等，2020）。이밖에 빙하호의 확장과 련통성변화는 또 지름흐름과정과 침식구도에 영향을 주어 하류의 안전에 진일보 영향을 미치게 된다 (Tian等，2015）。이러한 과학적 가치는 빙하 호수를 연속적이고 체계적으로 모니터링할 필요성을 더욱 부각시켰다.
빙하 호수는 일반적으로 도달하기 어려운 고산 지역에 분포하며, 이러한 지역은 일반적으로 구름과 안개가 빈번하여 원격 감지 모니터링이 필수 수단이 됩니다 (李均力 等，2011；闫斌 等，2022）。SAR은 다양한 원격 데이터 소스에서 구름과 안개의 간섭을 받지 않기 때문에 지속적인 모니터링 효과가 더 좋습니다 (卢文路 等，2020）。잔잔한 수면은 레이더 영상에서 낮은 후방 산란으로 표현되어 호안선을 정확하게 식별하고 묘사하는데 유리하다;서로 다른 산란 차이는 호수의 얼음 녹는 과정을 묘사하는 데 사용할 수 있다 (Jawak等，2015）。현재 Sentinel-1에 기반한 시퀀스 산란 특징은 빙하 호수의 동결/융해의 정량 반사 및 장기 물후 시퀀스 구축에 성공적으로 사용되었습니다 (Murfitt和Duguay，2021）。그러나 광학 원격 탐지로 관측된 빙하 호수의 특징에 비해 레이더의 후방 산란 특징은 더욱 복잡하고 모호하다.비록 교차극화가 SAR 영상 특징의 풍부도를 확충하였지만, 동결 호수면이 습설 등 반사 신호와 비슷한 지물에 대해 전통적인 SAR 수단은 여전히 효과적으로 구분하기 어렵다 (Jawak等，2015）。
빙하 호수의 특정 상태를 구분하는 SAR의 한계를 지향하며, 이 글은 합성 공경 레이더 간섭 측정 데이터 (InsAR) 가 제공하는 상관성 정보를 보충으로 도입했다.InSAR 상간성은 빙하호 표면의 개전 특성 변화에 민감하여 빙하호 상태 정보 차원을 더욱 확충할 수 있다.현재 InSAR 상간성을 남북극 빙하 호수의 융수 및 재동결 과정 연구에 사용하는 연구가 있지만 고산 빙하 호수에 적용하는 탐사는 여전히 적습니다 (Li等，2021）。이를 위해 본 연구는 인접하지만 동융 특징에 현저한 차이가 있는 고산 빙하 호수인 곤초와 랑초를 연구 대상으로 선정하여 센티넬-1 위성의 후방 산란 강도와 간섭 상관성 정보를 종합적으로 이용하여 지속적으로 모니터링하고 ERA5-Land의 재분석 기후 근거와 결합하여 종합적으로 분석하여 고산 빙하 호수의 융수-결빙의 주기적인 변화 과정을 더욱 깊이 탐구하고자 한다.
2 연구 영역 및 데이터
2.1 곤초, 랑초 빙하호 연구구
연구구는 서장자치구 동부 창두시 팔숙현 래고촌 부근에 위치한 두곳의 빙하호인 공초와 랑초 (Fig. 1）。두 호수는 팔롱장부 상류 야룽빙하, 래고빙하군 전연구역에 위치하며 칭짱고원 동연이 계절풍의 현저한 영향을 받는 고산빙하-빙하호 복합지형대에 속한다.고해상도 기후 자료를 바탕으로 한 다년간의 평균 기후 특징에 따르면, 이 지역의 연간 온도는 낮은 편이다: 기온은 최저 -26 ℃, 최고 8 ℃ 에 불과하다;지표면의 온도파동은 더욱 격렬하여 최저로 -30 ℃, 최고 13 ℃ 에 달한다.연간 강수량은 약 200-300mm로 따뜻한 계절에 집중되어 열과 같은 현상이 뚜렷하다(Dai等，2022；Fick和Hijmans，2017）。
두 호수는 공간 위치와 수문 연결성에 현저한 차이가 있다: 곤초는 랑초 서쪽에 위치하며, 아론 빙하의 현대 빙하 혀에 인접해 있으며, 빙하 끝과 직접 접촉하는 얼음 접촉 호수 (谢自楚和刘潮海，2010）。랑초는 동가빙하 서쪽에 위치해있으며 상대적으로 독립적인 페쇄형빙하호로서 활동빙설과의 사이에는 안정적인 표층수력련결이 부족하다.따라서 두 호수의 융해 계절과 비융해 계절의 수량 입력, 얼음물 혼합물 덮개 및 호수 상태는 서로 다른 SAR 회파 강도와 간섭 상간성 응답 (Dai等，2022）。
2.2 연구 채택 데이터
본 연구에서 채택한 핵심 데이터 소스는 유럽 우주국 센티넬-1 위성의 간섭 광폭 모드(IW) 양극화 SAR 데이터로, 주파수 대역은 C 대역으로 폭 약 250km, 지거 픽셀 척도는 약 10m이다. 하루 종일, 전천후 관측 능력을 갖추고 있어 구름과 빛의 차이의 영향을 효과적으로 극복할 수 있다는 장점이 있다.VV와 VH 쌍극화 통로는 수체, 빙설과 거친 지표 사이의 분리 가능성을 현저하게 향상시킬 수 있기 때문에 특히 고지대 빙하 호수의 장기 모니터링에 적합하다.발사 이후 지금까지 Sentinel-1은 2015년부터 중단 없는 고주파 재방문을 실현하여 시계열 면적 변화 연구에 신뢰할 수 있는 데이터 세트를 제공하였다.
이 연구는 면적 변화 판독 정밀도를 보장하고 불확실성 분석을 수행하기 위해 다음과 같은 보조 데이터를 도입했습니다.
(1) 다원적 광학 원격 탐지 영상: Sentinel-2의 공간 해상도는 10m, 재방문 주기는 5d, Landsat 8의 공간 해상도는 30m, 재방문 주기는 16d이다. 또한 PlanetScope 데이터를 도입하여 공간 해상도가 3~5m에 달해 매일 관측할 수 있다.3자는 공간 해상도와 재방문 능력에서 상호 보완하여 광학 경로의 빙하호 경계 추출과 변화 재심사에 사용한다.
(2) ERA5-Land 재분석 자료: GEE (Google Earth Engine) 를 사용하여 일일 데이터를 획득하고 유럽 중기 일기예보센터에서 공개적으로 발표하며 수평 해상도는 0.25 ° 이다.Sentinel-1 통과 시각과 정확하게 일치하여 후방 산란과 그 후방 인자 간의 연관성을 구축하고, 신호 이상을 판별하며, 빙하 호수의 면적 변화 관련성 분석에 봉사한다.
알래스카 위성시설(ASF;[2025-09-11]) 승선 SAR 영상 30경, 하강 SAR 영상 31경을 수집한다.GEE(Google Earth Engine) 플랫폼을 이용하여 Sentinel-2 이미지 72경, Landsat 8 이미지 12경, PlanetScope 이미지 84경을 획득합니다.암통로 구름 마스크 처리(3.2노트)를 거쳐 구름에 가려진 빙하호 광학 영상을 제거해 64경 유효 영상을 최종 선별했다.
3 연구 방법
3.1 SAR 데이터 사전 처리
SAR 데이터 처리는 상업용 레이더 소프트웨어인 GAMMA를 사용하여 수행됩니다(Werner等，2000）。먼저 Sentinel-1 A/B 단시복수(SLC) 데이터를 가져옵니다.그 후 같은 궤도의 영상에 대해 아상원 조준 (정밀도가 0.2상원보다 우수함) 을 진행한다.반점을 낮추고 정사각형과 비슷한 지면상원을 얻기 위하여 조준후의 단시복수영상을 거리방향과 방위방향에서 각각 5대 1로 축척하여 다시한다.다시강도 영상은 복사를 거쳐 후방 산란 계수로 표시되며,式（1）dB(dB) 값으로 변환:
식중,상수를 표시하기 위해,멀티뷰 이미지의 픽셀 강도 값을 위해국부 입사각입니다.간섭 상관 계수는 동일한 영역을 포괄하는 두 개의 단시 복수 이미지의 복상관 관계수의 폭으로, 추정식은
식중,상원의 상관 값,그리고각각 2기 단시 복수 영상의 복수치,복공멍에를 나타내다.3 × 3 픽셀 창의 공간 평균을 나타냅니다.단시 복수 영상 간섭 쌍을 기반으로 총 59점의 상간 이미지 (시간 인접 SAR 영상 기반, 시간 간격 12d) 를 획득하였으며, 승선 29경, 하강 30경을 포함한다.후방 산란 강도 및 상관 이미지는 모두 WGS84 기준에서 UTM 투영을 사용하여 10m × 10m 픽셀로 지리적 인코딩됩니다.획득한 동일한 궤도 SAR 데이터의 경우, 인접한 두 개의 경 이미지를 시간 순서에 따라 쌍으로 연결하여 간섭 쌍을 형성하여 상관성 계산을 진행한다.시간 베이스라인은 최대 12d, 수직 베이스라인은 최대 300m다. 상간성 계산은 5×5픽셀의 추정 창을 사용해 공간 해상도와 함께 추정 정밀도를 확보한다.위상 잡음 간섭을 억제하기 위해 처리 중에 Goldstein 필터를 적용하여 위상 잡음 제거를 수행합니다.
3.2 다크 채널 클라우드 마스크
구름과 안개의 방해를 받아 연구 구역은 광학 영상에서 가시도가 비교적 떨어진다.이 문제에 대하여 이 글은 다원광학영상을 채용하여 시간해상도를 제고하여 더욱 많은 효과적인 빙하호정보를 획득하였다.그러나 이로 인해 영상 정보가 번잡해지고 서로 다른 영상이 처리할 때 서로 다른 클라우드 검출 알고리즘을 호출하며 PlanetScope는 전문적인 클라우드 검출 알고리즘이 부족하다.이 글은 일반적이고 효과적으로 운무마스크를 획득하기 위해 RGB 암흑통로선험을 기반으로 운무검사방법을 구축하였다.다크 채널 선험은 자연계에 구름 오염이 없는 영상 RGB 대역에 반드시 작은 값이 존재한다고 가정하는 경험적 가설이다. 이 값은 0에 가깝거나 같다 (He等，2011）。구체적으로, 다크 채널 검증 알고리즘은 다음과 같습니다.
식중,위치를 나타내는 거죠.위치 색상 채널의 픽셀 값,즉,중심 로컬 인접 영역입니다.더 나아가 다음 공식을 통해 지표 투과율을 얻을 수 있습니다.
식중,위치가에 있는 클라우드 이미지의 픽셀 값은위치가의 비클라우드 이미지 픽셀 값,대표 투사율 그 범위는 (0, 1),일반적으로 이미지에서 밝기가 가장 높고 색상이 흰색에 가까운 영역을 대기광 추정값으로 선택하는 전역 대기광입니다.투과율의 상세한 계산 방식과 가이드 필터 최적화는 하개명 등의 연구를 참고하십시오(He等，2011), 이 문서는 더 이상 설명하지 않습니다.여러 테스트를 기준으로의 픽셀은 구름 픽셀로 표시되어 간단하고 효율적으로 플래닛 클라우드 마스크를 얻을 수 있습니다.
3.3 시차 빙하 호수 추출
빙하 호수는 SAR 영상에서 뚜렷한 계절적 차이를 보이는데, 이 차이는 주로 표층 호수의 얼음이 형성되고 녹는 과정에 달려 있다.이 글은 호수의 얼음이 레이더의 후방 산란 특징 및 면적 신호에 미치는 영향을 정량적으로 분석하기 위해 Sentinel-1 VV/VH 양극화 시간 서열을 바탕으로 빙하 호수 면적의 시차 추출과 검증을 전개한다.
기술 경로에서 팀의 기존 연구 프레임워크 (Wu等，2024，2025), 간단한 선형 반복 클러스터링 알고리즘 SNIC를 핵심으로 한다: 우선 서로 다른 극화 정보를 갖춘 VV와 VH 밴드를 연합하여 입력하여 이중 채널 특징 공간을 형성한다;그 후 영상의 국부 동질성을 준칙으로 공간인 스펙트럼 집합을 집행하고, 최종적으로 픽셀을 수체와 비수체 두 종류로 구분하여 빙하호 경계의 자동 추출을 실현한다.SNIC는 경계 제약 메커니즘과 자체 적응 종자 밀도 조정 능력을 동시에 갖추고 있으며, 텍스처 차이에 따라 이질 영역을 자동으로 분할할 수 있기 때문에 고산 빙하 호수가 동결/융해 단계에서 나타나는 가장자리 모호 또는 약한 신호 상황에 매우 적합하다.
구체적인 절차는 다음과 같다.Fig. 2와 같습니다.우선 연체 분포된 빙하호 실체를 독립적인 분석 단원으로 분할하여 각 호수가 국부 통계역 내에서 식별할 수 있는 쌍봉 분포를 나타내도록 확보한다.둘째, 레이더 후방 산란 직사각형도 양쪽 극단값이 클러스터 오차에 대한 증폭 효과가 있다는 것을 알아차리고, 중간 98% 픽셀을 보존하고, 백분율이 가장 높고 가장 낮은 각 1% 의 클러스터 값을 제거하여 가장자리 잡파를 억제하고, 클러스터의 이산도를 높인다;마지막으로 각 호수의 재단 영상에 대해 블록을 나누어 연산하고, 기한별로 연속 시간 서열의 수체 마스크를 수출하고 면적 변화를 계산하여 호수 얼음의 출현과 소실 전 과정의 계량화 모니터링을 완성한다.
4 결과
4.1 SAR 영상 빙하 호수 면적 변화
본고에서 제시한 시차 빙하호 추출 알고리즘을 바탕으로 2020년 1월 1일-2021년 1월 1일 동안 빙하호의 동태 변화 정보를 얻었다.벡터화 결과의 정확성을 확보하기 위해 추출 결과를 인공적으로 검사하고 교정하였다.교정 원칙은 이미지에서 빙하 호수의 특징을 가지고 있지만 자동으로 식별되지 않는 영역을 보충하는 것입니다.빙하 호수의 특징이 없는 오식 구역을 삭제하다.호수가 얼면 SAR 영상은 얼음이 덮여 빙하호와 비빙하호 구역을 구분하기 어려워 빙하호로 식별하지 않는다.광학 영상은 뚜렷한 경계 특징을 보존하기 때문에 여전히 빙하 호수로 식별할 수 있다.교정 작업은 교정 결과가 실제 경계 요구에 부합하는지 확인하기 위해 1인 벡터 수정, 다중 사람이 재심사하는 방식을 채택한다.
빙하호 면적 변화 통계 결과Fig. 3와 같습니다.티베트 지역의 기후 계절 특징에 따라 (史继清 等，2018), 사계절 평균 시작일은 각각 2월 25일(봄), 5월 31일(여름), 9월 15일(가을), 11월 28일(겨울)로 나뉜다.Fig. 3SAR 영상을 기반으로 한 공조 면적은 봄에 확장되고 여름과 가을에 최고치에 도달하며 겨울에 위축되는 뚜렷한 계절적 파동을 보이고 있는 것으로 나타났다.랑초 면적은 상대적으로 안정적이며 뚜렷한 계절적 변화가 없다.특히 2020년 5월 1일 하강 SAR 영상에는 공초 면적이 0.14km² 로 뚝 떨어졌다.안타깝게도 2020년 5월 1일을 전후로 신뢰할 수 있는 광학 영상 데이터가 부족하다.4월 21일과 5월 10일 두 개의 소운 PlanetScope 영상만 얻었을 뿐, 모두 공조 형태가 뚜렷하게 변경되었음을 나타내지 않았다.
빙하 호수가 SAR 영상에서 왜 면적에 현저한 계절 변화가 존재하는지 탐구하기 위해 본고는 광학 영상과 SAR 영상이 인접한 시간에 상세하게 비교한다.와Fig. 4이와 같이 SAR 영상은 수체에서 거울면 반사가 발생하여 반향 신호의 강도가 비교적 약한 표징은 영상에서 픽셀의 밝기가 낮아지는 반면 부빙, 빙물 등은 비교적 거칠고 반향 신호가 비교적 강한 표징은 영상에서 픽셀의 밝기가 증가하는 것이다.봄철에 공초와 랑초는 모두 부빙이 존재하는데 SAR 영상에서 빙하호의 특징은 광학영상에 비해 뚜렷이 감소되였다.여름에 접어들면서 빙하 호수의 특징이 더욱 뚜렷해졌다. 이때 SAR 영상에서 빙하 호수의 면적은 광학 영상과 가장 가깝지만 여전히 일부 부빙이나 빙물이 존재한다.가을로 접어들면서 기온이 점차 낮아지면서 호수가 얼어붙는 상황이 다시 나타나고 있다.겨울에 들어서면서 궁초는 이미 완전히 얼었지만 호수의 얼음부분에는 여전히 일부 류사한 호수의 특징이 존재하고있다. 호수의 중심구역을 관찰해보면 호수의 얼음이 평평하고 빙물 등 불순물이 없으며 너무 매끄러운 표면은 류사한 수체의 거울반사를 산생하여 SAR 영상에서 빙하호의 신호강도가 비교적 낮다.
4.2 SAR 영상에서 레이더 특징 변화
그 결과, 관측 기간 동안 궁초, 랑초의 실제 면적 변화는 비교적 작으며, SAR 영상이 나타내는 면적 파동은 주로 호수 결빙으로 인한 전자기 산란 특성 변화에서 비롯되며, 나아가 면적 해역의 체계적인 편차를 초래한다.본 연구는 결빙 과정이 SAR 영상 특징에 미치는 영향 메커니즘을 정량적으로 분석하기 위해 2020년 8월 26일 궁초와 랑초의 완전 해빙기의 플래닛 영상을 바탕으로 빙하호 벡터 경계 (이하 통칭"기준 벡터") 를 추출하고 이 기준 벡터 범위 내에서 SAR 시간 서열 데이터를 이용하여 VV와 VH 극화 방식 및 궤도 상승, 궤도 강하 관측 모드에서의 두 호수의 후방 산란 응답 법칙을 체계적으로 분석하였다.
Fig. 5그리고Fig. 6두 호수 지역의 후방 산란 강도의 시차 변천 특징을 각각 보여줍니다.Fig. 5그리고Fig. 6빙하호 구역의 후방 산란 계수의 시간 서열 평균치를 나타내며, 음영 구역은 데이터 파동 범위를 대표한다;Fig. 5그리고Fig. 6월별 평균 강도의 통계적 분포를 나타낸다.그 결과, 두 호수는 서로 다른 극화 모드에서 현저한 차이가 있으며, VV 극화는 일반적으로 VH 극화보다 약 6-10dB 높다. 이 현상은 수체 표면 산란 이론에 부합한다: 매끄러운 수면 조건에서 레이더 신호는 거울 반사를 주도하고, 극화 방향 전환 비율은 비교적 낮으며, 교차 극화 VH 채널의 회파 에너지는 수평 극화 VV 채널보다 현저히 약하다 (Kirby等，2024）。승강궤도 관측 결과, VV 극화 모드에서 두 호수의 승강궤도 평균 강도 시간 서열은 전체적인 추세가 일치하며, 차이 폭은 약 2-4dB이지만, 특정 시간대에 체계적인 편이가 존재하며, 입사각 차이, 관측 기하학적 구조 및 지형 경사로 인한 투영 왜곡과 관련이 있을 수 있다.VH 극화 모드에서 승강 레일의 평균 강도 차이는 더욱 현저하고 시간 서열 파동이 심해지며 특히 4-9월에 차이가 더욱 확대되어 교차 극화가 얼음-물 상변 과정에 더 높은 민감성을 가지고 있음을 나타낸다.
후방 산란의 계절적 변화는 빙하 호수의 물후를 비교적 뚜렷하게 매핑할 수 있다: (1) 4~9월은 녹는 시기이고, 후방 산란 강도는 가파르게 내려가는데, 그 중 VH 극화의 하락폭이 특히 뚜렷하며, 이 단계는 빙설이 녹고 액체 상태의 수체가 대면적으로 노출되고 거울면의 반사가 강화된다.(2) 11월부터 이듬해 2월까지는 동결기로서 이 단계는 빙면의 조잡도가 제고되고 적설체가 산란되였다가 후에 산란강도가 반등한다.(3) 3월과 10월 과도기, 이 단계는 비교적 큰 시차 파동을 나타내며, 얼음-물 상변 과정 중의 불안정성과 복잡성을 나타낸다.호수지역의 대비가 보여준데 따르면 공조후향산란강도표준차는 4-6dB로서 비교적 강한 계절성진화가 존재한다.랑초표준차는 2-4dB이고 서렬이 더욱 안정되여 그가 처한 지리환경이 더욱 페쇄되고 수문조건이 상대적으로 안정되였음을 표명한다.VV, VH 극화 빙하 호수의 특징 변화를 더 잘 나타내기 위해Fig. 5그리고Fig. 6강도 분포는 월평균 (Fig. 5그리고Fig. 6）。
4.3 SAR 간섭 상관 변화
C 밴드 Sentinel-1의 12d 재방문 조건에서 넓은 수면은 거울 반사와 풍랑으로 인한 빠른 형태 변화로 강도가 낮고 상관성이 0에 가깝습니다 (Antonova等，2016）。신생 살얼음이나 빠르게 성장/녹는 얼음은 넓은 수면보다 반사 신호의 강도가 증가할 수 있지만, 그 구조는 물 함유 상태의 변화가 빠르고 여전히 낮은 상관관계로 나타난다.기온이 낮아짐에 따라 빙면운동이 점차 둔화되고 그 내부구조변화도 안정되고있다. 례를 들면 해안련빙, 안정두꺼운 얼음은 이때 상간성이 뚜렷이 제고된다 (Tian等，2015）。
Fig. 7공초, 랑초의 승강궤 영상의 시차 강도 값과 간섭 상관성을 보여준다.간섭 상간성은 상자 선도로 그려져 기준 벡터 범위 내의 모든 픽셀의 상간성 분포를 보여주며, 반사 신호는 여전히 접선도로 기준 벡터 범위 내의 강도 평균치를 그려 간섭 상간성과 대조를 이룬다.지원 조치 (Fig. 7、（b）），상간성은 1-3월과 11~12월에 분포하여 다른 달보다 현저하게 높으며, 평균치는 약 0.2이고, 4분의 3분의 3은 0.25~0.3 사이이며, 이 시간대의 공조가 비교적 큰 범위와 안정적인 해안 연빙이나 두꺼운 얼음을 형성했음을 나타낸다.4~9월에는 간섭 상관성이 평균치 약 0.15로 낮은 수준을 유지했고, 4분의 3은 0.2 부근에 위치했으며, 이때는 살얼음이나 광활한 수체만 존재할 수 있었다.랑초에게 (Fig. 7、（d）），랑초의 연간 상관성은 전반적으로 낮고, 평균치는 약 0.15이며, 4분의 3분의 1은 0.2 부근에 위치하며, 1-3월과 11-12월 기간에 소폭 상승하는 데 그쳤으며, 그 빙면은 공조에 비해 더 강한 변화가 존재하며, 안정된 얼음 커버리지는 제한적이다.
5 토론
5.1 기후가 SAR 빙하 호수의 특징에 미친 영향
빙하 호수 결빙으로 인한 SAR 후방 산란 신호 변화 및 간섭 상관성 변화는 기후 인자와 밀접한 관련이 있으며, 그 중 온도의 영향이 가장 직접적이고 현저하다.Fig. 8GEE 호출 ERA5-Land 일일 집계 데이터를 기반으로 연구 지역의 2020-2021 년 동안 2m 기온과 지표 온도를 집계했습니다.그 결과, 이 지역의 연간 온도는 낮은 편이다: 기온은 최저 -26 ℃, 최고 8 ℃;지표면의 온도파동은 더욱 빈번하여 최저로 -30 ℃, 최고 13 ℃ 에 달한다.양자의 계절 변화 추세는 기본적으로 일치하며, 3월 이후 점차 뜨거워져 8~9월에 최고치에 이르렀고, 그 후 빠르게 하락하여 11월에 3월에 가까운 평균치로 떨어졌다.온도 서열은 5 월 20 일부터 기온이 0 ℃ 보다 지속적으로 높고 10 월 18 일까지 유지된다는 것을 보여줍니다.이에 비해 광학영상표시공초는 5월 10일에 이미 해동을 완성했으며 더욱 빠를수도 있지만 효과적인 영상지지가 부족할수도 있다.그 동결은 11월 19일에 발생하였고 11월 16일의 영상은 여전히 동결되지 않은 상태를 보이고있다.
궁초의 SAR 강도는 3월 중순에 현저하게 떨어졌다가 11월 초에 다시 점차 상승했다.이 현상은 얼음의 두께 변화와 밀접한 관련이 있으며 레이더파는 일정한 두께 범위 내에서 얼음층을 관통해 수면에 도달할 수 있다.이론적으로 C 밴드는 건조하고 차가운 조건에서 드라이아이스에 대한 관통 깊이가 수 미터에 달한다;그러나 실제 응용에서 얼음층의 두께가 일정한 임계값을 초과할 때 얼음-가스계면과 얼음-물계면의 반사반파는 위상차를 발생시키고 상쇄조건을 만족시켜 수면으로부터의 유효반파가 뚜렷이 감쇠된다(Ferro-Famil和Gay，2016）。이로부터 얼음이 두꺼워지면 보통 SAR 강도가 상승하고 반대로 강도가 떨어지는 것으로 나타난다.공초는 전형적인 정수형특징을 보이고있는데 이런 호수는 근안의 얕은 물구역의 호수얼음이 더욱 두껍고 호심심수구역의 호수얼음이 비교적 얇다.그 물리적 메커니즘은 얕은 물 지역의 열 용량이 비교적 낮고, 겨울에는 기온이 더 빨리 내려가며, 초기 결빙 시간이 깊은 물 지역보다 빠르다는 데 있다;그러나 호수의 심수는 깊이가 비교적 크고 수체의 잠열저장이 더욱 많으며 동결진척이 뒤떨어져있고 형성된 얼음층이 상대적으로 얇다.
곤초와 랑초 빙하 호수의 SAR 영상 특징과 기후 인자 간의 연관성을 더욱 탐구하기 위해 이 글은 피어슨 상관계수를 바탕으로 열력도 (Fig. 9), 빙하 호수의 마이크로파 산란 특성에 대한 기후 조건의 작용 메커니즘을 밝혀냅니다.
SAR 강도 평균(Fig. 9), 기후 인자에 따라 상관 관계에 뚜렷한 차이가 있습니다.2m 기온과 지표면 온도와 랑초의 상관성은 상대적으로 약하며 마이너스 상관계수는 각각 -0.33과 -0.27이다.공조와의 관련은 모두 현저한 마이너스관계를 보이고있으며 상관계수는 각각 -0.75와 -0.73이다.온도가 상승하면 빙면의 융해와 함수율이 증가하여 개전 상수와 표면의 거친 정도를 변화시키고 넓은 수체의 비율을 높여 종합적인 작용으로 후방 산란 강도를 억제한다.주목할 만한 것은 호수의 얼음 두께, 눈 덮개도 SAR의 후방 산란 강도와 비교적 강한 상관관계를 보이고 있으며, 눈이 덮인 체의 산란 특성이 젖은 눈의 전자기 흡수와 함께 반향 에너지를 낮추는 데서 비롯될 수 있다는 것이다.이에 비해 평균 풍속, 총 강수량은 강도의 선형 관련성이 약해 후방 산란 강도에 대한 직접적인 선형 영향이 제한적임을 보여준다.
강도 특징에 비해 간섭 상간성은 다수의 기후 인자에 대한 응답이 약하고 상관 계수 절대치가 보편적으로 0.25보다 낮다는 것은 간섭 상간성이 두 차례의 SAR 영상 간의 기선 거리와 지표 자체의 물리적 특성의 격렬한 변화에 의해 주도될 수 있고 이러한 기후 인자와의 평균 상태 연관성이 낮다는 것을 나타낸다.그러나 2m의 기온과 지표온도의 동간섭 상간성은 중간 강도의 마이너스 관계를 보인다.이 중 랑초호의 상관성과 기온과 지온의 마이너스 상관성은 각각 -0.47과 -0.46으로 곤초호의 상관성보다 약간 높았다.기온의 상승은 SAR 신호의 간섭 상간성을 현저하게 낮출 수 있으며, 온도 상승으로 인한 얼음의 급속한 녹음, 눈물 상태 변화 또는 표층 변형은 두 차례의 SAR 영상 기간 동안 지표 산란 특성에 격렬한 변화를 초래하여 심각한 시공간 상간을 초래할 수 있다.
따라서 SAR 영상을 이용하여 빙하 호수 면적을 추출하려면 온도가 높고 넓은 수체가 차지하는 비중이 현저한 시간대를 우선적으로 선택하여 호수의 얼음 산란이 수체 판독에 미치는 방해를 줄여야 한다.만약 호수 얼음의 생소 변천에 주목한다면, 연합 분석 후 산란 강도와 간섭 상간성으로 호수 얼음의 공간 범위를 판정하고, 안정된 얼음체를 식별하며, 상대적인 얼음 두께와 역학적 안정성을 보조적으로 추정하는 것이 좋다.
5.2 강도-상관성 결합 임계값에 근거한 빙하 호수 상태 판단
전체적으로 SAR 영상은 회파 강도 변화를 통해 수역의 결빙 상태를 효과적으로 감지할 수 있으며, 상간성은 빙하 호수의 융해 모니터링에 강도와 상호 보완적인'안정성'차원을 제공하여 호수에 안정된 얼음이 존재하는지 한층 더 판별할 수 있다.수체 거울면 반사 특성 때문에 교차 극화 VH 채널은 수체 변화에 더욱 민감하다.수역 범위 내에서 SAR 회파 신호 증강은 빙하 호수에 결빙 현상이 있음을 지시할 수 있다;공초와 랑초 SAR 영상 및 간섭 상간성 특징을 바탕으로 빙하호 상태를 채택할 수 있다Table 1상간성은 12d를 주기로 하는 단기 간섭 상간성 표징으로 판별한다.이 임계값은 여러 차례의 통계 테스트를 거쳐 광학 원격 탐지 영상과 대조하여 선정되었으며, 공초와 랑초의 호수 얼음 범위를 비교적 효과적으로 묘사할 수 있다.구체적인 분류 결과는 다음과 같다.Fig. 10이 그림은 궤도 상승 영상에서 빙하 호수 상원의 분류 결과를 보여준다.주의해야 할 점은 빙하호의 회파증강의 형성원인은 비교적 복잡하다. 례를 들면 풍랑으로 인한 표면의 거친 정도증대도 산란증강을 일으킬수 있기에 오차를 완전히 피면하기 어렵다.
Table 1 Parameter settings for determining glacial lake states from SAR imagery
| 类型 | 强度范围/dB | 相干性范围 |
|---|
| 开阔水体 | VH≤-4 | 相干性均值≤0.15 |
| 薄冰 | -20≤H≤-24 | 相干性均值≤0.15 |
| 稳定冰 | VH≥-20 | 相干性均值≥0.15 |
이 임계값은 경험적 설정에 속하며 다른 빙하 호수 지역으로 이전 할 때 여전히 추가 테스트와 조정을 수행해야합니다.또한 본고에서 사용한 간섭 상간성은 인접한 SAR 영상을 기반으로 하며, 시간 간격은 12d이다. 두꺼운 얼음은 비교적 긴 시간을 유지할 수 있지만, 얼음의 생소 과정 중의 형태 변화는 여전히 상간성을 현저하게 낮출 수 있기 때문에 이러한 시간차가 있는 상간성 지표는 정성 판별에만 사용되며, 안정적인 두꺼운 얼음이 존재하는지는 아직 정량 식별을 지탱할 수 없다.만약 간섭 시간 기선을 단축할 수 있다면, 예를 들면 TanDEM-X 등 한 발의 다수확 위성을 채용하여 상간성을 높일 수 있다면, 넓은 수체, 살얼음, 안정된 두꺼운 얼음을 더욱 효과적으로 구분할 수 있다.
6 결론
이 글은 Sentinel-1 SAR 데이터를 바탕으로 궁초와 랑초의 2020년 수체 면적의 연간 변화를 모니터링하고 다원 무운 시차 광학 영상을 선정하여 비교 검증을 진행하여 빙하호 호수의 얼음 생소 과정이 SAR 영상 후 산란에 미치는 영향을 탐구했다.그 결과 랑초는 연간 SAR 영상에서 면적이 안정된 반면 공초는 뚜렷한 계절적 파동을 보였다. 빙하호 수역의 면적 변화 범위는 1.85~2.65km² 였다. 이에 비해 광학 영상에서 밝혀진 공초 면적은 2.6-2.8km² 였다.
SAR을 더 분석한 후 산란 특징에 따르면 11월부터 이듬해 3월까지 궁초에는 호수의 얼음이 덮여 있어 빙하호의 넓은 수면 특징이 사라져 SAR 수체 추출의 계절적 과소평가를 초래했다.SAR 신호가 호수 얼음에 대한 응답 메커니즘을 깊이 탐구하기 위해, 본 연구는 인접 시퀀스 SAR 영상에 대해 두 가지 차이의 간섭 처리를 실시하고, 간섭 상관성을 이용하여 SAR 강도의 시간 안정성 차원의 부족을 보충한다.통계적 특성에 따르면 VH ≤ -24 dB, VV ≤ -16 dB를 충족하고 상관성 ≤ 0.15 일 때 궁초와 랑초의 호수 얼음과 넓은 수면을 효과적으로 구분 할 수 있습니다.이와 동시에 ERA5-Land 재분석수치는 지역기온의 계절성파동이 SAR신호의 특징변화에 영향을 주는 주도적요소라는것을 실증하였다. 5월 중순부터 10월 중순까지 기온과 지표온도가 지속적으로 0 ℃ 를 초과하여 광학영상관측의 호수면해빙기에 대응한다.기온이 낮아지면서 11월 이후 공초호수는 다시 얼어붙었다.계절적 동결이 존재하는 공초SAR 강도치와 기온의 피어슨 상관계수는 -0.75에 달해 온도 상승이 호수의 얼음이 녹고 얼음이 얇아지는 데 도움이 되며, 나아가 레이더의 효과적인 산란 면적을 감소시켜 전체적인 회파 강도가 약화되는 것을 확인했다.
전체적으로 말하자면, 이 글은 빙하호 모니터링에서의 SAR 영상의 오차 핵심 출처를 제시하고, 궁초와 랑초의 마이크로파 후방 산란 응답 특징을 체계적으로 분석하였으며, 강도-상관성 연합 임계값에 기초한 빙하호와 호빙 판별 방법을 제시하여 계절성 융해 조건 하의 빙하호 동태 모니터링에 실행 가능한 기술 경로를 제공하였다.칭짱고원 빙하호의 해발, 기후 및 융해 특징 등 방면의 다양성을 감안하여, 이 방법은 더 큰 범위의 빙하호에서의 적용성은 여전히 한층 더 검증하고 최적화해야 한다.
