浅谈探地雷达在冰川研究中的应用

探地雷达技术是一种利用电磁波反射原理探测地下介质分布特征的地球物理勘探技术，其探测方式主要有剖面法(Common Depth Point)和宽角法(Wide Angle Reflection and Refraction)两种。不同的探测方式可解决不同的冰川问题。探地雷达在冰川学中广泛应用于探测冰体厚度、水下地形、冰裂缝、冰体内部沉积层位、冰川水文特征、划分冰川冰类型等，为水下槽谷、冰川结构、冰川流动机制、水资源评估及气候与环境变化的研究提供丰富可靠的数据。     

高山冰川雷达探测试验

冰川雷达探测主要采用调制脉冲雷达系统。其基本原理是向冰川发射载波频率为几十至几百兆周的无线电波,接收来自冰川内部或底部反射的回波,藉此来测定冰川的厚度,研究冰川的内部构造、温度和运动状况等。由于冷性冰川冰对电磁波的吸收率很小,吸收系数一般小于几分贝/100米,相对介电常数也较稳定,一般为3.2左右;冰川体(尤其是冷性冰川)一般较均匀。因此,有利于雷达探测技术的应用。六十年代初,首先在极地冰川上使用雷达探测技术,成功地取得了冰层厚度的资料。此种方法适合在飞机上测量,具有快速、经济、准确的特点。目前,已成为冰川学研究的重要技术手段之一。一九七九年五月,我们首次在祁     

冰雷达探测研究南极冰盖的进展与展望

南极冰盖是地球上最大的陆缘冰体,其物质收支和稳定性对全球气候变化和海平面升高有重要的影响。冰雷达,或称无线电回波探测,是冰川学家调查南极冰盖冰下特征的主要方法。在过去的50年里,冰雷达被广泛用于测量冰盖厚度、内部构造和冰下地貌,这些参数是计算冰盖体积和物质平衡、重建过去冰雪积累和消融率以及冰盖动力和沉积过程的基础。现在,冰雷达测量覆盖了南极绝大部分区域,极大地提升了人们对南极冰盖和全球系统间相互作用的理解。首先,简要介绍了冰雷达及其技术发展,然后着重评述了冰雷达在探测研究南极冰盖厚度和冰下地形、内部反射层、冰下湖和冰下水系、冰床粗糙度以及冰晶组构上的进展。最后,对未来冰雷达探测研究南极冰盖的前景进行了展望,并给出我国的现状。
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天山乌鲁木齐河源1号冰川温度研究

冰川温度是冰川物理性质的基本指标之一,与冰川的其它方面的研究内容有密切联系。国外早在上世纪就有冰川温度测量的报道,但是到本世纪五十年代以后冰川温度的测量和研究才有了较大的突破。如钻孔测温深度在极地冰盖中达千米以上,在冰帽和冰川上达数百米,有些钻孔到达底床;研究方法从对实测冰(雪)温度资料作统计分析,     

探地雷达在冰川厚度及冰下地形探测中的应用

探地雷达因其快速、准确、无损、高分辨率等优势而被广泛应用于冰川学领域。以天山托木尔峰青冰滩72号冰川为例,着重介绍了探地雷达在冰川厚度及冰下地形探测中的应用。通过对雷达图像的处理和解译,获取了高精度的冰川厚度数据,恢复了冰下地形,计算了冰储量,并分析了冰川厚度变化对气候变化的响应。结果表明:冰舌厚度为0～148 m;冰储量为0.055 860 km3,折合成水为0.050 274 km3。近50年来,该冰川呈现强烈消融,与冰川区气温快速上升有直接关系,雷达探测为研究此响应机制提供了定量化的科学依据。     

月球水冰探测进展

月球上是否存在水冰是第二次月球探测热潮中的热点问题。 1 994年克莱门汀号 (Clementine)环月探测器搭载的频率为 2 .2 73GHz双基地雷达探测到月球南极一些地区出现同向极化增加等独特的回波特征 ,这些地区正好处于极地永久阴影区 ,表明这些地区可能存在水冰。Arecibo天文台频率为 2 .38GHz的地基雷达对月球极地进行制图 ,也得到类似结论。 1 998年月球勘探者号 (LunarProspec tor)环月探测器搭载的中子探测仪在月球极地永久阴影区探测到高含量的氢信号大多认为是水冰引起的。但雷达探测和中子探测结果均存在多解性。月球表面粗糙度同样可以引起雷达回波呈现出类似水冰的异常特征 ,而中子探测仪测量到的仅仅是氢信号而非水 ,而且月球勘探者号撞击月表之后并没有探测到任何的水蒸气信号。月球极地水冰存在与否、存在形式和存在数量等科学问题的回答需要对月球极地特别是永久阴影区作进一步探索     

现代冰川过程与全球环境气候演变

文章从宏观和微观两个方面扼要阐述了现代冰川过程与全球变化之间的关系。南极冰盖和格陵兰冰盖冰川物质平衡值目前还没有确切结论，虽然它与全球海平面的升降密切相关。山地冰川末端进退变化和冰川物质平衡与全球升温对应较好。极地冰盖现代降水中的稳定同位素比率，主要阴、阳离子、生物有机酸、微粒、超痕量重金属元素、宇宙尘埃以及火山灰等杂质的含量，为认识地球现代环境气候状况提供了丰富的资料。极地冰盖冰芯的分析结果为重建过去气候环境提供了大信息量，高保真度和高分辨率的资料为预测未来气候环境奠定了坚实基础，具有其它任何载体无法取代的优越性。山地冰川的现代和过去气候环境记录，对研究全球和区域性气候环境状况与变迁意义重大     

B-1型冰川测厚雷达试验装置

用无线电回波探测冰川厚度的方法在许多国家早已应用。1979年5月我国也首次使 用国产KDL-A型矿井地质雷达,在祁连山羊龙河冰川上获得了清晰的冰川底面回 波。之后,我所根据高山冷性冰川的特点,进行改制,做成了B-1型冰川测厚雷达 试验装置。     

青藏高原南部羊八井古仁河口冰川GPR测厚及冰川体积估算

2007年春季对青藏高原南部的羊八井古仁河口冰川进行了探地雷达(GPR)的冰川测厚工作, 获取了该冰川中轴线的厚度数据. 基于羊八井古仁河口冰川的测量结果, 对古仁河口冰川的体积进行了初步估算. 结果表明: 冰川的体积为0.0447 km3, 并结合雷达图像分析了冰下地形和冰川槽谷形态;冰川槽谷呈V字形状, 纵剖面由末端向上出现阶梯状起伏.     

现代冰川体积变化研究方法综述

冰川作为气候变化的指示器,在气候变暖的趋势下呈加速退缩的趋势。冰川消融加速对海平面上升、区域水循环和水资源可获取性均有重要影响。冰川体积作为冰川研究的一项重要内容,越来越被研究者关注。围绕极地冰盖、山地冰川体积研究概况,较系统地总结分析研究冰川体积变化的方法,主要包括传统测量方法、统计公式法、冰川地形测量法和遥感监测法,现代冰川体积变化的研究也由传统的实地测量、统计公式法等向遥感监测研究发展,并分析各方法在主要冰川类型中的应用情况。借助遥感手段监测冰川动态变化可有效解决高寒山区资料受限的问题,成为冰川学发展的重要趋势。     

天山乌鲁木齐河源一号冰川探地雷达测厚及其数据分析

探地雷达是一种利用电磁波的反射原理探测地下介质分布特征的地球物理勘探技术，在冰川研究中发挥了重要作用。在天山一号冰川上用探地雷达进行了探测，获得了能够清晰地分辨冰一岩界面的雷达剖面。根据这些雷达剖面读出冰厚值，再结合最新的冰川地形图，作出了天山一号冰川的冰厚等值线图和冰下地形图；并由天山一号冰川最新的表面积数据推算了冰储量。     

天山博格达峰地区四工河4号冰川雷达测厚与冰储量估算

2009年7月对天山博格达峰地区的四工河4号冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况.基于该冰川的厚度数据,在GIS技术的支持下,采用Co-Kriging插值方法结合理想塑性体理论对冰川非测厚区域的厚度进行了重建,绘制出了冰川厚度等值线图并对冰川冰储量进行了计算.结果表明:冰体最大厚度出现于海拔3 775 m...     

现代冰川过程与全球环境气候演变

文章从宏观和微观两个方面扼要了阐述了现代冲川过程与全球变化之间的关系。南极冰盖和格陵兰冰盖冰川物质平衡值目前还没有确切结论，虽然它与全球海平面的升降密切相关。山地冰川末端进退变化和冰川物质平衡与全球升温对应较好。极地冰盖现代降水中的稳定同位素比率，主要阴，阳离子，生物有机酸，微粒，超痕量重金属元素，宇宙尘埃以及火山等杂质的含量，为认识地球现代环境气候状况提供了丰富的资料。     

珠穆朗玛峰东绒布冰川厚度测量与地形特征分析

冰川地形特征的研究是构建冰川流动模型的基础. 根据探地雷达获取的冰川厚度数据(2009年)和1∶5万地形图(1974年), 得到沿珠穆朗玛峰东绒布冰川主流线的冰厚度分布以及5条冰川槽谷的形态特征. 结果表明: 沿东绒布冰川主流线的平均表面坡度约为0.08, 平均厚度约为190 m, 最大厚度约为320 m (海拔6 300 m); 在1974-2009年间沿冰川主流线冰厚度平均减薄约30 m; 东绒布冰川表碛覆盖区与白冰区尚未分离, 目前很可能是一条停滞冰川, 冰川末端位于海拔5 540 m附近(下游方向); 东绒布冰川槽谷形态接近于V型, 而不是U型(b指数变化范围约为0.7~1.3).     

基于位场分离方法的极地冰盖重力异常剥离：以模型试验为例

为了提高极地重力数据处理的质量,降低巨厚冰层对重力数据解释的影响,将极地大陆冰盖引起的重力异常从叠加异常中剥离出来成为极地重力数据处理的重要步骤之一。针对该问题,本文建立两个极地大陆冰层构造模型,对不同模型进行正演获得对应布格重力异常,再尝试利用三种位场分离方法,包括趋势分析法、向上延拓法和优化滤波法,对冰层引起的重力异常进行剥离试验,基于模型试验结果对比分析不同位场分离方法对极地冰层重力效应剥离的应用效果。模型试验结果显示,趋势分析法在冰层界面起伏较平缓情况下效果较好,但当冰层界面起伏复杂时难以用数学表达式精确拟合区域场,因此易在结果中引入虚假异常;向上延拓法在局部场源较浅的异常分离中效果较好,但由于极地模型冰盖深度较深及延拓高度选取不合理,在试验中出现了分离不足的情况;优化滤波法在相对复杂模型中分离效果相对好,但由于频段选取的主观性,使得该方法也易出现分离不足或过度情况。综合上述模型试验表明,在剥离极地冰盖引起的重力异常时,由于极地冰盖厚度起伏等地质情况复杂多变,应结合实际地质情况及其他可获得的地球物理资料进行综合分析,选择适用于具体情况的分离方法。     

极地冰钻关键技术研究进展

极地冰钻技术是获取冰芯,研究冰盖-冰架-海洋相互作用,以及获取极地冰下基岩与冰下水环境样品,开展冰下环境探测的重要手段。目前极地冰钻技术的难点与前沿主要包括深冰芯钻探、冰架热水钻、冰下基岩钻和冰下水环境采样与观测技术。本文针对以上4个极地冰钻关键技术,对国内外相关技术的研究进展与项目开展情况进行了总结与梳理。综合来看,虽然我国开展极地钻探技术研究起步较晚,但随着我国极地战略不断推进,我国的极地冰钻关键技术与装备的研究正持续向着赶超极地钻探强国方向迈进,这必将为我国的极地科学研究提供强有力的技术支撑。     

祁连山八一冰川雷达测厚与冰储量分析

基于2006年5月利用探地雷达对祁连山八一冰川厚度的系统测量资料,绘制了该冰川冰厚度分布等值线图,计算出了该冰川的平均厚度为54.2 m,冰储量为0.153 km2.这几乎是我国第一次冰川编目资料中给出的八一冰川平均厚度(30 m)和冰储量(0.0843 km3)数据的1倍.由此可见,准确评估我国冰川的冰储量是冰川水资源研究亟待解决的重要问题.将八一冰川冰面地形图与冰厚度分布图相结合,绘制了该冰川的冰床地形图,结果表明:其崎岖不平的冰床地形与其相对平缓的冰面地形形成了显明的对比,显示了冰帽冰川的形貌特征.     

祁连山老虎沟12号冰川冰内结构特征分析

利用探地雷达(Ground Penetration Radar,GPR)调查冰川冰内结构和冰层厚度是一种监测冰川变化常用手段.应用麦克斯维(Maxwell)方程的二维时域有限差分(FDTD)方法,通过将模拟图像与老虎沟12号冰川的实测图像的对比,分析了雷达剖面中的几种反射特征,如冰裂隙、融洞、暖冰等.对比结果表明,GP...     

用雷达和地震法探测砂矿(摘要)

近十年,由于黄金价格不断上涨,世界范围内的砂金勘探活动日趋频繁。砂矿常赋存于古河道和河床的凹陷处,往往被后来的侵蚀成因或冰川成因的砂土和砾石覆盖。使用高分辨率地球物理勘探技术,填制基岩和土壤层图,以增加寻找砂金工业矿床的可能性。基岩面常常是控制砂金矿形成的重要因素。 地面探测雷达(GPR)和地震测深法是两种相互辅助的高分辨率技术,可用来填制基岩起伏图及土壤层图。现代雷达探测设备在粗粒土壤中应用效果最佳,探测深度可达30米,所测绘的地层层位之空间分辨率>0.5米。地震折射的空间分辨率大大低于雷达,     

念青唐古拉山扎当冰川冰储量估算及冰下地形特征分析

冰川体积估算对水资源以及冰川变化研究具有重要的意义. 但是实测的冰川厚度数据十分稀少,限制了冰川体积的估算. 2011年5月对念青唐古拉山北坡扎当冰川进行了雷达测厚工作,获取了该冰川的厚度分布状况. 基于该冰川的厚度数据,测量点的GPS数据,1970年的地形图和2010年Landsat TM影像,在ArcGIS技术的支持下,采用简单Kriging插值方法对冰川非测厚区域的厚度进行了插值计算,绘制出了冰川厚度等值线图并估算了冰川的冰储量. 结果表明：冰川最大厚度出现于海拔约5 748 m靠近主流线的位置,最大冰厚度为108 m,冰川平均厚度为38.1 m,2010年冰川面积为1.73 km²,扎当冰川的冰储量为0.066 km³. 将扎当冰川表面DEM与冰川厚度分布图相结合,绘制出了该冰川的冰床地形图. 结果显示,在冰川厚度大的区域,冰床地形呈现近V字形分布,这与其相对平缓的冰面地形形成明显对比;同时,在冰表地形较陡区域,冰川厚度不大,冰床地形呈现U形分布.