基于多源时变大地测量数据的南极冰盖/冰架变化过程研究

The dynamic changes of Antarctic ice sheet/shelf are direct indicators to the climate and environment changes. Monitoring the variation of Antarctic ice sheet/shelf and studying internal mass changes play an important role in understanding the mechanism of Antarctic ice sheet/shelf changes, studying mass balance and sea level change and their influence on global climate and environment. Based on multi-source and time-varying geodetic data, namely, altimetry, gravity, GPS, InSAR data, etc., and assisted with other satellite remote sensing technology, the internal ice sheet mass changes will be separated from the ice sheet surface through integration of technology and multi-source data fusion, and the dynamic changes of Antarctic ice sheet/shelf will be comprehensively analyzed through numerical modeling. The PANDA section of the Zhongshan Station to Kunlun station in China is chosen as the main experimental and demonstration area. The main research contents include: surface structure variation study of Antarctic ice sheet/shelf, signal extraction of the glaciers isostatic adjustment of Antarctic based on geodetic observation, inversion of Antarctic ice sheet/shelf internal mass changes, and the study of polar ice sheet/shelf mass balance, global stability, and variation trend. This project provides significant reference to revealing the ice sheet internal mass changes and the Antarctic ice sheet/shelf change process and mechanism, studying the global sea level change and the role of Antarctic ice sheet/shelf in the earth and climate system.

南极冰盖/冰架的变化是全球气候和环境变化最直接的反映和体现。监测南极冰盖/冰架及其变化过程，深入研究其内部质量变化，对揭示南极冰盖/冰架变化机制、研究冰盖物质平衡和海平面变化及其对全球气候和环境的影响具有重大意义。本研究基于测高、重力、GPS、InSAR等多源时变大地测量数据，辅以其他卫星遥感技术手段，利用技术集成和多源观测数据融合，以中国中山站至昆仑站的PANDA断面为主要实验和示范区，分离冰盖表面和冰盖内部质量变化，通过数值模拟综合分析南极冰盖/冰架变化过程研究。主要研究内容包括：南极冰盖/冰架表面形态及其变化过程研究，基于大地测量数据的南极大陆冰川均衡调整信号提取，南极冰盖/冰架内部质量变化及时变特征，极区冰盖/冰架物质平衡和稳定性评价研究。该课题为揭示冰盖内部质量变化、南极冰盖/冰架变化过程和变化机制，为研究全球海平面变化及南极冰盖/冰架在地球和气候系统中所起的作用提供重要参考。

南极冰盖是影响和指示全球环境变化的重要区域，也是国际上冰冻圈研究的热点区域。本研究基于多源时变大地测量和卫星遥感数据，获得冰盖/冰架表面形态和特征，并研究南极冰盖/冰架变化过程。主要研究成果包括：（1）基于GPS、测高、光学、SAR、辐射计和散射计等卫星数据，获得高精度冰盖/冰架表面形态，包括冰面数字高程模型、接地线、海岸线、冰裂隙、冰面温度及冰盖冻融特征，并提取高精度冰流速及监测冰盖高程变化。获得了全南极冰盖冻融数据集，发现南极半岛的表面融化比之前估算的要强烈，尤其是冬季融化；发现由于冰褶皱的存在，导致达尔克冰川前缘崩解和流速的年际波动出现相似周期特征。（2）联合GNSS、卫星重力和卫星测高等多种大地测量技术，获取了南极大陆高精度的垂向运动速度，提取了长周期影响的GIA信号，得到精化后的南极冰盖GIA结果。（3）关于南极冰盖/冰架内部结构、质量变化及时变特征研究，在国际上首次利用地震背景噪声方法进行冰盖结构的开拓性研究，从地震学角度揭示了南极冰盖厚度和冰内速度结构。（4）利用多源观测数据及融合分析，精确估算冰架物质平衡状态，分析南极冰架底部通道的变化及其对冰架稳定性影响，开展冰川动态演化数值模拟试验。发现全南极冰架体积呈下降趋势，其中Getz冰架的变薄最显著，其底部通道变化主要受温暖的绕极深层水的影响；Amery冰架流域的物质平衡状况主要受表面物质平衡异常的影响。本项目成果对揭示南极冰盖/冰架变化特征、研究冰盖物质平衡和海平面变化及其对全球环境的影响具有重要的理论意义和参考价值。项目发表论文108篇，其中SCI论文60篇，EI论文18篇；培养了4名博士后、10名博士生。项目执行期间有14人次赴南极科学考察，获取现场观测数据。部分研究成果获2018年测绘科技进步奖二等奖。以项目为依托构建了“极地冰雪环境实时数据系统”，部分成果被纳入到科技部遥感中心发布的《全球生态环境遥感监测2020年度报告》，项目执行期间举办系列学术沙龙和大型科普展。