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青藏高原是全球中低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土分布区，现存多年冻土面积约1.30×106km2，约占高原总面积的56％。近年来，青藏高原变暖趋势明显，多年冻土出现活动层增厚、范围萎缩、厚度减薄等显著退化现象。气温的进一步升高将显著地增加青藏高原冻土大面积消失的风险，导致多年冻土区大范围地面变形，严重破坏区域内重大工程基础设施(如青藏铁路、青藏公路)。同时，也将导致冻土区水文地质条件发生改变，进而影响区域水文过程及生态环境，给寒区生态、水文地质和区域气候带来不可逆的转变，威胁寒区生存状况。冻土活动层是冻土水热交换最活跃，直接与大气进行能量和物质交换的界面，是多年冻土退化的指示器。因此，为深入认识青藏高原冻土退化对人类工程活动和区域可持续发展的影响，对多年冻土区地表形变和活动层厚度开展大范围、高分辨率的监测具有十分重要的意义。
本研究以青藏高原黑河上游祁连山区多年冻土区为研究区域，使用Sentinel.1SAR数据对青藏高原冻土进行监测研究，具体从多年冻土区地表形变监测和活动层厚度反演两个方面展开。本研究使用的Sentinel-1SAR数据具有短重复周期(6/12/24天)、大幅宽、多极化等特点，在一定程度上有利于减弱时间去相干的影响，并能够获取丰富的冻土区域地表形变过程信息;基于分布式雷达目标的时序InSAR方法的使用可以提高冻土区地表形变监测的空间分辨率和可靠性。本文采用的基于遥感数据为输入参数的Stefan模型能在有限实测活动层厚度资料的情况下反演大范围冻土区多年冻土活动层厚度。多年冻土区的地表形变监测和大范围多年冻土活动层厚度反演研究，为青藏高原冻土区环境变化研究提供了更多的科学依据。本论文的主要工作和结论如下:
1.在冻土区地表形变监测研究上，本论文提出了一种基于分布式雷达目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)冻土形变监测方法。该方法主要采用改进一小基线集技术(N-SBAS)、分布式雷达目标提取和基于特征值分解的相位优化算法，提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性。
2.通过分别对覆盖野牛沟和俄博岭研究区域的84/84和60/55景sentinel-1SAR升/降轨影像进行时序InSAR分析，分别获取了2014-2019年野牛沟区域以sAR/InsAR技术在多年冻土监测中的应用研究一以黑河上游祁连山区为例及2017-2019年俄博岭区域的多年冻土形变时间序列和年均形变速率，并利用简化Stefan公式联合地温数据估算其季节性形变幅度。实地踏勘和结果分析表明:俄博岭多年冻土处于显著退化状态，而野牛沟大部分多年冻土处于稳定状态，退化区域主要集中在野牛沟河两侧。其中，野牛沟部分富冰多年冻土区出现显著退化使跨越该区域的二尕公路产生了路面开裂和波浪状不均匀沉降等病害。两区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化，冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征，其中野牛沟和俄博岭多年冻土季节性形变幅度最大分别可达4.0cm和7.0cm;年均形变速率最大分别可达-1.5cm/yr和-5.0cm/yr。两区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变趋势存在明显差异，主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关。
3.在多年冻土活动层厚度反演研究上，本论文提出了基于遥感数据的大范围多年冻土活动层厚度反演方法。该方法创新性地用SAR后向散射系数、MODIS地表温度和冻土地表季节性形变幅度代替原stefan模型中的实测活动层土壤参数，从而使得模型具有大范围活动层厚度反演能力。此外，利用有限实测活动层厚度数据以及马尔科夫链蒙特卡洛采样法(MCMC)求取模型中未知参数，进而反演无实测数据区域的活动层厚度。随机采样方法可以快速有效地计算出活动层厚度并提供模型参数的不确定信息。通过K折交叉验证得到模型的预测误差为0.35m，模型预测结果与实测数据之间的R2为0.73，结果表明利用遥感数据作为模型输入可以获取大范围、空间连续、高精度的多年冻土活动层厚度分布信息，在青藏高原多年冻土区大范围活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力。
4.活动层厚度的空间分布显示，野牛沟区域的活动层厚度在O.8m至6.6m之间，其平均值约为3.3m;俄博岭区域的活动层厚度在0.5m至3.1m之间，其平均值约为1.4m。野牛沟多年冻土平均活动层厚度(3.3m)约为俄博岭活动层厚度(1.4m)的两倍。这是由于俄博岭区域地表有较厚的泥炭层覆盖且处于阴坡具有较少的太阳辐射，活动层厚度主要受坡向、海拔和泥炭层覆盖的影响。
本研究以青藏高原黑河上游祁连山区多年冻土区为研究区域，使用Sentinel.1SAR数据对青藏高原冻土进行监测研究，具体从多年冻土区地表形变监测和活动层厚度反演两个方面展开。本研究使用的Sentinel-1SAR数据具有短重复周期(6/12/24天)、大幅宽、多极化等特点，在一定程度上有利于减弱时间去相干的影响，并能够获取丰富的冻土区域地表形变过程信息;基于分布式雷达目标的时序InSAR方法的使用可以提高冻土区地表形变监测的空间分辨率和可靠性。本文采用的基于遥感数据为输入参数的Stefan模型能在有限实测活动层厚度资料的情况下反演大范围冻土区多年冻土活动层厚度。多年冻土区的地表形变监测和大范围多年冻土活动层厚度反演研究，为青藏高原冻土区环境变化研究提供了更多的科学依据。本论文的主要工作和结论如下:
1.在冻土区地表形变监测研究上，本论文提出了一种基于分布式雷达目标的小基线集时序InSAR(DSs-SBAS)冻土形变监测方法。该方法主要采用改进一小基线集技术(N-SBAS)、分布式雷达目标提取和基于特征值分解的相位优化算法，提高了冻土形变监测结果的时空分辨率和可靠性。
2.通过分别对覆盖野牛沟和俄博岭研究区域的84/84和60/55景sentinel-1SAR升/降轨影像进行时序InSAR分析，分别获取了2014-2019年野牛沟区域以sAR/InsAR技术在多年冻土监测中的应用研究一以黑河上游祁连山区为例及2017-2019年俄博岭区域的多年冻土形变时间序列和年均形变速率，并利用简化Stefan公式联合地温数据估算其季节性形变幅度。实地踏勘和结果分析表明:俄博岭多年冻土处于显著退化状态，而野牛沟大部分多年冻土处于稳定状态，退化区域主要集中在野牛沟河两侧。其中，野牛沟部分富冰多年冻土区出现显著退化使跨越该区域的二尕公路产生了路面开裂和波浪状不均匀沉降等病害。两区域内冻土形变时间序列呈现年周期变化，冻土冻融形变存在季节性周期形变和季节性波动下沉两种形变特征，其中野牛沟和俄博岭多年冻土季节性形变幅度最大分别可达4.0cm和7.0cm;年均形变速率最大分别可达-1.5cm/yr和-5.0cm/yr。两区域的活动层冻结/融化始日和冻土形变趋势存在明显差异，主要和冻土地貌、土壤类型以及活动层厚度有关。
3.在多年冻土活动层厚度反演研究上，本论文提出了基于遥感数据的大范围多年冻土活动层厚度反演方法。该方法创新性地用SAR后向散射系数、MODIS地表温度和冻土地表季节性形变幅度代替原stefan模型中的实测活动层土壤参数，从而使得模型具有大范围活动层厚度反演能力。此外，利用有限实测活动层厚度数据以及马尔科夫链蒙特卡洛采样法(MCMC)求取模型中未知参数，进而反演无实测数据区域的活动层厚度。随机采样方法可以快速有效地计算出活动层厚度并提供模型参数的不确定信息。通过K折交叉验证得到模型的预测误差为0.35m，模型预测结果与实测数据之间的R2为0.73，结果表明利用遥感数据作为模型输入可以获取大范围、空间连续、高精度的多年冻土活动层厚度分布信息，在青藏高原多年冻土区大范围活动层厚度反演研究方面具有很大的应用潜力。
4.活动层厚度的空间分布显示，野牛沟区域的活动层厚度在O.8m至6.6m之间，其平均值约为3.3m;俄博岭区域的活动层厚度在0.5m至3.1m之间，其平均值约为1.4m。野牛沟多年冻土平均活动层厚度(3.3m)约为俄博岭活动层厚度(1.4m)的两倍。这是由于俄博岭区域地表有较厚的泥炭层覆盖且处于阴坡具有较少的太阳辐射，活动层厚度主要受坡向、海拔和泥炭层覆盖的影响。