基于星载激光雷达和雷达高度计数据的南极冰盖表面高程制图

南极数字高程模型DEMs(Digital Elevation Models)是研究极区大气环流模式,南极冰盖动态变化和南极科学考察非常重要的基础数据。目前,科学家已经发布了五种不同的南极数字表面高程模型。这些数据都是由卫星雷达高度计,激光雷达和部分地面实测数据等制作而成。尽管如此,由于海洋与冰盖交接的南极冰盖边缘区随时间的快速变化,有必要根据新的卫星数据及时更新南极冰盖表面高程数据。因此,我们利用雷达高度计数据(Envisat RA-2)和激光雷达数据(ICESat/GLAS)制作了最新的南极冰盖高程数据。为提高ICESat/GLAS数据的精度,本文采用了五种不同的质量控制指标对GLAS数据进行处理,滤除了8.36%的不合格数据。这五种质量控制指标分别针对卫星定位误差、大气前向散射、饱和度及云的影响。同时,对Envisat RA-2数据进行干湿对流层纠正、电离层纠正、固体潮汐纠正和极潮纠正。针对两种不同的测高数据,提出了一种基于Envisat RA-2和GLAS数据光斑脚印几何相交的高程相对纠正方法,即通过分析GLAS脚印点与Envisat RA-2数据中心点重叠的点对,建立这些相交点对的高度差(GLAS-RA-2)与表征地形起伏的粗糙度之间的相关关系,对具有稳定相关关系的点对进行Envisat RA-2数据的相对纠正。通过分析南极冰盖不同区域的测高点密度,确定最终DEM的分辨率为1000 m。考虑到南极普里兹湾和内陆地区的差异性,将南极冰盖分为16个区,利用半方差分析确定最佳插值模型和参数,采用克吕金插值方法生成了1000 m分辨率的南极冰盖高程数据。利用两种机载激光雷达数据和我国多次南极科考实测的GPS数据对新的南极DEM进行了验证。结果显示,新的DEM与实测数据的差值范围为3.21—27.84 m,其误差分布与坡度密切关系。与国际上发布的南极DEM数据相比,新的DEM在坡度较大地区和快速变化的冰盖边缘地区精度有较大改进。     

南极冰盖表面微地貌研究进展与展望

南极冰盖表面微地貌是大气与冰盖相互作用的直接产物,微地貌的形态特征、结构性质及其发展变化对南极冰盖表面的物质平衡、能量平衡以及冰盖记录大气信息的过程具有重要的影响,冰盖表面微地貌的结构性质以及空间分布的确定是计算南极冰盖物质平衡与能量平衡的重要依据,同时在南极冰芯钻探选址以及冰芯解译古气候信息时具有重要的参考价值。根据微地貌的形成方式将南极冰盖表面微地貌分为沉积型、侵蚀型、沉积间断型三类,介绍了南极冰盖表面常见的微地貌形态雪丘、雪纹、雪垄、雪窝以及光洁区的形态特征与结构性质,并对冰盖表面微地貌的分布规律特征进行了总结,文中重点对不同微地貌区域内的物质平衡与能量平衡特征进行了介绍,最后探讨了冰盖表面光洁区对南极冰芯选址的影响,并对未来南极微地貌研究进行了展望。     

基于Elmer/Ice冰盖模型的南极Gamburtsev山脉Lambert冰川冰盖系统的数值模式模拟研究

在全球变暖的背景下, 东南极冰盖显著地出现降雪增多冰厚增大的现象, 然而由于有关东南极冰盖 的观测数据相对缺乏, 因而很难对东南极冰盖大范围的冰盖动力学、热力学状态细节进行整体性评估。 Dome A 到中山站断面是横穿南极冰盖计划的核心断面之一。该断面穿越的兰伯特(Lambert)冰川上游、甘 布尔采夫(Gamburtsev)冰下山脉和Dome A 区域是南极科学研究的热点区域, 因此具有重要的研究价值。本 研究使用已多次在南极冰盖有过成功模拟应用的三维有限元冰盖模式Elmer/Ice, 对该区域的内部温度场和 速度场进行了模拟, 得到了冰盖的流速场和温度场数据, 并将模拟数据与传统估测数据进行了对比, 发现 两者在总体趋势上吻合。研究表明, 该研究区域冰盖的底部温度大部分达到了压力熔点, 只有少部分靠近内 陆的冰盖底部未达到; 在冰盖内陆区域, 水平速度场非常小, 在靠近冰架区域时, 水平速度场突然增大, 而 垂直速度场只有在冰下地形发生显著波动时, 出现显著变化。在此基础上, 对Elmer/Ice 冰盖模式的应用前 景和需改进的方面进行了探讨。     

全球气候变化背景下极地冰盖关键参数遥感观测验证EI北大核心CSCD

在当前全球气候变暖背景下,极地冰盖关键过程和重要参数研究对揭示极地冰盖对全球海平面变化的影响,提高海平面上升贡献的预测精度至关重要。极地科学考察的实地观测数据可以为遥感观测提供校准和验证,降低遥感反演的不确定性。本文基于同济大学全球变化研究团队近年来针对极地冰盖关键参数的测绘遥感与现场考察工作,重点阐述在极地科考观测验证和数据处理方面的研究,包括在南极冰盖的新型测高卫星的空-地协同验证、卫星角反射器布设、粒雪层内部温度观测与模型验证、多平台无人机海冰探测和雪冰环境调查,以及格陵兰冰盖质量变化评估等。最后,本文对未来的极地科考验证计划进行了展望。     

格陵兰冰盖表面消融研究进展

冰盖表面消融是格陵兰冰盖物质平衡的重要组成部分, 已成为近年来格陵兰冰盖研究的热点. 格陵兰冰盖表面消融研究的关键在于理解冰盖融水的产生、 运移和释放等水文过程, 需要解决如下关键科学问题: 1) 冰盖表面产生了多少融水;2)冰盖表面水文系统具有什么特征; 3)冰盖表面融水如何影响冰盖运动; 围绕这些科学问题, 总结了格陵兰冰盖表面消融的研究进展. 冰盖表面消融建模、 冰盖表面湖的信息提取与面积特征变化、 深度反演与体积量算等是目前研究冰盖表面融水量的主要途径, 冰盖表面湖、 冰盖表面径流、 锅穴与冰裂隙等表面水文要素的空间分布规律研究则可用于揭示冰盖表面水文系统特征, 冰盖表面融水与冰盖运动速率的关系、 表面融水进入冰盖内部与底部的水文过程是目前揭示表面融水如何影响冰盖运动的主要手段.     

第三纪前的南极古地理与南极冰盖

在第三纪以前,南极洲不在现今的位置,而是在热带和温带地区.南极冰盖的形成始于距今26百万年前的渐新世.冰川作用比地球上其他任何大陆都早得多.从晚第三纪到第四纪,南极冰盖经历了复杂的变化.距今18000年前,冰盖比现在厚450—1000米,陆架差不多均被冰盖所覆.估计当时海面下降了100—150米.冬季和夏季的海冰范围分别比现在大10倍和2倍.目前,南极冰盖(包括冰架)在后退,但内陆的年积雪量在增加.这同南极地区气温升高有关.     

基于CryoSat-2测高数据的南极局部地区DEM的建立与精度评定

南极数字高程模型(DEM)是南极冰盖变化研究的基础数据,在我国南极重点考察地区Dome A及中山站至Dome A考察断面,利用新一代测高卫星CryoSat-2,对常用的几种插值方法如反距离加权、克里金、径向基函数、局部多项式和最近邻点插值方法的插值精度进行交叉比较,结果显示克里金插值方法的精度最高。利用中国第21次南极科学考察队采集的GPS数据,对克里金插值方法生成的两个区域的DEM精度进行验证。结果表明,坡度较小的Dome A区域DEM精度较高,平均高差为1.248 m,标准差为0.51 m;坡度较大的中山站至Dome A断面区域DEM精度较低,平均高程差达到3.87 m,标准差为9.358 m。     

基于InSAR和ICESat的南极冰盖地区DEM提取和精度分析

结合InSAR和ICESat测高数据,以东南极PANDA断面4个实验区为例,进行DEM生成研究.在干涉相位转换成高程前,引入ICESat测高数据作为控制点优化干涉对基线,消除基线线性误差趋势的影响.利用控制点之外的ICESat测高数据分析4个实验区的DEM精度及其差异,并探讨了引起DEM误差的原因.冰流和地貌特征是影响InSAR生成冰盖DEM精度的重要因素.针对冰流的影响,从理论上进行了分析并结合冰流速数据进行了分析验证.最后利用克里金插值法改正InSAR DEM残余误差,并利用GPS实测控制点对改正效果进行验证.结果表明:对于高纬区流速较小且分布一致的区域,改正效果很好,DEM精度可达3 m;而对于冰流速较大且复杂的地区,需采用多基线等算法进一步消弱冰流引入的误差.     

南极冰盖研究最新进展

南极冰盖是地球系统的重要组成部分,在全球气候系统中扮演着重要角色.通过对南极冰盖的研究将有助于了解其在全球气候系统中的作用,并为探讨全球气候过去、现在以及未来的演化提供支撑.总结分析了近年来南极冰盖研究的一些重要进展,并在此基础上对南极冰盖研究领域的一些主要结果、观测事实以及未来变化展开讨论,重点介绍南极物质平衡、冰芯研究、冰下水系统、冰盖数值模拟方面最近的进展,评述未来可能的研究方向和应该关注的问题.     

部分南格陵兰冰盖的快速减薄

极地冰盖的质量平衡对全球海平面来说很重要,但是人们仍然不清楚格陵兰冰盖和南极冰盖规模是在增大还是在减小。通过比较几年期间飞机和卫星高度计的重复测量,得到了整个测量范围内体积变化的显示,可从中直接推断质量平衡。对南格陵兰的海洋卫星和地质卫星雷达高度计数...