极地航空重力测量及其应用进展

在论述航空重力测量技术在目前重力场信息获取中不可替代性的基础上,回顾并简述了国际、国内航空重力测量技术的发展历史,介绍了航空重力测量的基本原理,总结了航空重力测量技术在极地航空地球物理勘探任务中的应用。指出航空重力测量技术是目前唯一兼顾高精度高分辨率并且能覆盖全南极区域的观测手段,在完善南极地区全球重力场模型、研究南极地区地质构造、质量变化等任务中起着非常重要的作用。     

利用冰雷达诊断南极冰盖底部环境的研究综述

现今南极冰盖底部的环境对冰盖的动力演化有着重要的影响,准确的冰盖底部环境信息有利于更加准确地模拟南极冰盖的起源、发展以及未来的演化。采用无线电回波技术,可有效地对冰盖进行探测。通过定量地处理雷达波在冰盖内部的介电衰减,可以获取冰盖底部的反射率,从而对冰盖底部环境,特别是冰下水文环境进行诊断。综述了雷达波在冰盖内部衰减处理的三种方法,分析了它们的适用性及局限性,并对这些方法应用于诊断冰盖底部的环境以及方法本身可能的改进进行了讨论。     

极地冰雪探测冰雷达技术发展回顾与展望

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。     

南极冰盖内部结构特性研究——基于三维各向异性电磁波时域有限差分方法

冰雷达技术已成为目前探测南极冰盖内部结构的主要技术手段.近年发展起来的多极化雷达技术可根据不同方向雷达反射功率的变化推断冰盖内部冰晶组构特征和变化规律,进而推断冰盖内部应力应变历史,这对于理解冰流机制和动力过程以及解释冰盖过去、现在和未来的变化规律具有非常重要的作用.本文从Maxwell方程出发,推导出适于介电常数各向异性的三维电磁波时域有限差分方程,进而建立模型模拟各向异性介质的响应输出及其时空分布特征.模拟结果表明： (1) 电磁波在各向异性介质中传播时,波前面为椭圆形,长轴位于介电常数小的主轴方向; (2) 横向各向异性介质反射波振幅在水平面内具有180°的变化周期.通过对现场常用三种天线装置类型模拟对比分析发现,不同天线类型各向异性层底界面反射波存在“时差”现象,并且时差大小和正负与上下层介电常数差异以及同层各向异性差异有关.在模拟计算的基础上,作者讨论了由于介电常数各向异性导致的“时间延迟”和水平面内振幅“周期性变化”的原因.模拟结果和结论对于南极冰盖冰雷达数据处理和解释工作具有指导意义.     

利用冰床粗糙度研究南极冰下环境和过程综述

冰下地形是冰盖运动和冰底侵蚀过程作用于冰前地形的结果。冰床粗糙度是对冰下地形不规则程度的定量刻画,是反映冰下环境和过程的重要指标,可用于研究冰下基岩物质组成、冰下侵蚀过程和冰底滑动状况、冰下地貌形成演化以及冰流运动等。首先,对冰床粗糙度量化方法的发展进行了介绍,详述了基于冰雷达数据的沿轨迹地形统计特性和基于冰床回波波形电磁散射特性这两类刻画冰床粗糙度的方法的演变和进展;其次,通过分析冰床粗糙度与冰动力学、冰下地貌、冰盖底部热机制、冰下地质等的联系,归纳了利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的相关进展;最后,对利用冰床粗糙度研究南极冰盖冰下环境和过程的现状及其未来发展趋势进行了总结和展望。     

极地冰盖冰雷达探测技术的发展综述

分三个阶段,即早期冰雷达系统(20世纪60至80年代)、第二代冰雷达系统(20世纪8O年代至2000年)和新冰雷达系统(2ooo年之后),综述了极地冰盖冰雷达探测技术的发展。最后,展望了冰雷达探测技术未来的发展趋势。     

电磁感应技术在南极海冰厚度探测中的应用

介绍一种能够高效探测海冰厚度的电磁感应方法及其在南极考察中的应用。该技术方法针对海冰和海水的电特性,利用电磁场原理精确探测仪器至冰水交界面的距离,以实现海冰厚度的测定。通过电磁感应(EM)仪观测的视电导率与同点位钻孔测量数据对比分析,获得视电导率与海冰厚度的换算关系式,通过对用该关系式计算出的海冰厚度进行验证,表明电磁感应技术能够获得可靠的海冰厚度数据。对探测剖面的海冰厚度统计表明,2005—2006年夏季南极内拉峡湾内海冰以平整冰为主,其厚度为0.8~1.4 m。     

南极冰盖物质平衡与海平面变化研究新进展

本文在简要介绍冰盖物质平衡及其对海平面影响的基础上,从整体法和分量法两个方面总结了南极冰盖物质平衡研究的最新进展,并分析了影响其物质平衡的不确定因素。研究表明,整个南极冰盖物质平衡呈现负增长的趋势,其中西南极Amundsen海湾附近的冰盖物质流失最为明显。另外,南极冰盖边缘的大部分地区还呈现变薄的趋势。南极冰盖物质流失是引起海平面上升的最大潜在因素之一,其冰架的缓冲作用、冰盖的不稳定性和冰盖底部融水的作用等不确定因素对南极冰盖物质平衡具有重要的影响。未来随着观测技术和数据处理技术的不断提高,南极冰盖物质平衡的估算及其不确定因素有望得到进一步的认识,从而为预测海平面的上升范围提供更多的理论和技术支撑。     

多极化冰雷达所揭示的DOME A区域冰盖内部冰晶组构特征

The ice exceeding one million years old has significant meaning for verifying and interpreting the middle Pleistocene transition （MPT） and the relationship between greenhouse gas and climate change. The region near Dome A in Antarctica satisfies the conditions for obtaining million-years-old ice since it has low temperatures and low accumulation rates. We analyze the corresponding relation between radar wave features and the crystal orientation fabric （COF） types based on the results of multi-polarization plane radio echo sounding （RES）. The results show that, even in the summit of the ice sheet, the COF type is not perfect, but is an elongated single-pole COF. Principal-axis-orientation differences of the COF among the different periods exist and reveal that the ice flow orientations are not constant but deviate clockwise with the increasing depth. This may be related to the adjacent basal valley or both height and position changes of the summit during the glacial-interglacial periods.