南极冰川地震学研究进展

冰川地震学是冰川学与地震学的交叉学科,其核心内容是运用地震学方法开展冰震、冰川结构及变化等研究.南极冰川类型丰富,拥有大量快速冰流以及大型冰架,其冰盖内部及边缘地区拥有丰富的冰震来源,各类冰震发震频繁,冰震信号频带宽、震级跨度大,在全球冰冻圈中具有代表性.南极冰川结构变化与物质平衡密切相关,冰川地震学研究可以通过监测各类冰川结构变化事件,为南极内部结构变化带来新的认识.本文首先介绍了南极地区冰川地震学研究开展情况,总结出5类具有代表性的南极冰震,并结合南极部分冰流、溢出冰川、冰架以及冰山详细描述其类型及特征.其次,对Rutford冰流、Whillans冰流、Ross冰架以及Thwaites冰川4个典型区域的冰川地震学研究情况进行介绍.最后,针对在南极开展冰川地震学研究面临的机遇和挑战,进行了探讨.     

基于ICESat数据的南极冰盖DEM插值方法比较及精度分析

南极数字高程模型(DEM)是从事南极地学和环境变化研究的基础. 内插是建立数字高程模型的重要技术点, 插值方法有多种, 根据不同的适用情况, 不同的插值方法各有优劣. 利用克里格、 距离反权、 三角网剖分、 最小曲率以及移动平均5种插值方法分别建立南极冰盖小范围区域的DEM, 通过抽取部分观测数据作为验证值对各插值方法进行了比较. 结果表明: 克里格插值方法的可靠性最好, 稳定性最高. 然后, 利用克里格插值方法, 基于ICESat测高卫星的GLA12数据建立了南极冰盖的DEM. 由于南极大陆实测数据有限, 缺乏对DEM的检核. 为了分析所建DEM的可靠性, 利用中国南极内陆冰盖考察所采集的GPS实测数据, 对所建立的DEM进行了验证分析. 结果显示, DEM在坡度较缓的南极内陆冰盖区域精度较高, 符合度在3 m以内; 距离卫星轨道越近的区域精度越高, 可达到1 m 以内. 在坡度较大, 高程变化较为显著的区域如沿海地区, 精度较低, 差距最大的点超过40 m.     

利用ICESat数据解算南极冰盖冰雪质量变化

南极冰盖冰雪质量变化反映了全球气候变化,并且直接影响着全球海平面变化.ICESat测高卫星的主要任务之一就是要确定南北两极冰盖的质量变化情况并评估其对全球海平面变化的影响.本文利用2003年10月至2008年12月的ICESat测高数据,针对南极DEM分辨率有限的特殊性,通过求解坡度改正值,解决重复轨道地面脚点不重合的问题,计算了南极大陆(86°S以北区域,后文所述南极冰盖均不包括86°S以南区域)在这5年里的冰雪质量变化情况,得到东南极冰盖的质量变化为-18±20Gt/a,西南极-26±6Gt/a,南极冰盖的冰雪质量变化为-44±21Gt/a,对全球海平面上升的影响约为0.12mm·a~(-1).解算结果表明,南极冰盖质量亏损主要集中在西南极阿蒙森海岸附近冰川以及东南极波因塞特角区域.     

基于无人机正射影像的玉龙雪山白水河1号冰川末端冰裂隙提取

冰川是冰冻圈的重要部分,对局地乃至全球气候变化响应敏感。冰裂隙作为冰川表面上显著的特征,对于认识冰川的状态、稳定性以及内部应力有着重要的作用。针对冰川冰裂隙高精度快速识别提取问题,本文以玉龙雪山白水河1号冰川为研究对象,使用无人机航拍获取的0.12 m分辨率的正射影像,应用U-Net深度学习网络开展白水河1号冰川的冰裂隙的智能提取研究。使用U-Net网络提取冰裂隙的精度高于传统的Canny算子以及SVM算法,总体精度可高达93%,且U-Net网络泛化能力强。提取结果表明,白水河1号冰川冰裂隙主要为横向裂隙,伸展裂隙以及雁行裂隙,呈现随海拔降低,冰裂隙逐渐由横向裂隙变化为伸展裂隙的趋势,通过不同时期提取结果对比,发现冰裂隙数量和平均长度均有增加。基于无人机影像和深度学习方法的冰裂隙智能提取研究,可为监测冰川变化及其与气候变化的关系提供技术支撑。     

卫星重力用于南极冰盖物质消融评估

2002年3月发射的GRACE重力卫星,以前所未有的精度和分辨率给出了重力场的时空变化。Jason1重复观测获得海平面的变化,GRACE估计海水质量重新分布引起的海面高变化,两者之差获得比容海面高变化,将该结果与WOA05结果作季节性比较,结果表明CSRRL04,GFZRL04和GRGSGL04三者结果与WOA05结果吻合,优于其他GRACE系列数据。将选取的CSRRL04,GFZRL04和GRGSGL04用于南极冰盖质量变化研究,得到南极冰盖冰雪物质变化的空间分布,结果表明西南极Amundsen区域明显地负增长,南极半岛存在着负增长。估算2003年1月-2007年12月南极冰盖冰雪消融的等效体积变化,变化区间为-76km3/a--69km3/a,对应海平面的贡献变化区间为0.17mm/a-0.21mm/a。     

GRACE估算陆地水储量季节和年际变化

利用最新公布的GRACE GFZ RL04数据,分析了2003年1月～2007年12月全球27条流域和陆地水储量的季节性和年际变化.结果表明,相近流域季节性变化相位接近.2003年1月～2007年12月陆地水储量季节性变化为1572.4 km3,其中变化最大流域为亚马逊河,其次分别为鄂毕河、尼罗河和尼日尔河等流域.5年来 GRACE陆地水储量的年际变化为-75.4±40.3 km3/a,其中亚马逊河、勒拿河和马更些河等流域的年际变化呈现正增长,而刚果河、密西西比河、恒河、育空河和雅鲁藏布江等流域则相反.GRACE与GLDAS数据均表明2006年后陆地水储量年际变化存在明显增加.