利用多源遥感技术研究现今南极冰盖物质平衡和冰川动态

在全球气候变化的大背景下，作为拥有地球90%淡水资源的南极冰盖已成为研究全球气候变化的关键区域。南极冰盖主要通过其冰物质的增减来响应全球气候变化，而物质的变化直接导致全球海平面的变化、海洋温盐的变化。本课题以南极冰盖研究的两个关键方面，冰盖物质平衡和冰流速为研究内容，综合使用卫星激光测高技术、影像匹配及INSAR技术来高精度、高密度获取当前南极冰盖物质平衡及冰流速分布特征，并以此为基础分析冰盖物质流失量和积累率的年际特征。重点研究卫星激光测高技术获取南极冰盖物质平衡的年际变化特征，INSAR技术高精度提取冰流速分布特征。该项研究能以前所未有的空间分辨率和精度获取冰盖高程变化的时间序列、冰流速分布特征。该研究成果将大大减少南极冰盖物质平衡测量的不确定性，为科学分析气候变化提供更加可靠的依据。

南极冰盖物质平衡一直以来是估计全球海平面贡献的一大不确定性因素，研究南极冰盖物质状态和冰川动态有助于研究气候变化的影响。本项目瞄准南极冰盖物质平衡这一科学问题，依托卫星激光测高、光学遥感和SAR等空间观测技术进行研究。在充分开展了卫星测高差分算法，光学影像匹配算法研究的基础上，开发了一套高效率、高精度的差分算法用于提取南极冰盖高程变化，设计了合理的光学影像匹配算法用以获取冰川流速高分辨率的空间分布特征。我们采用了更为科学的分析技术和合理的技术流程开展了南极冰盖的高程年变化和冰川流速特征研究。具体的采用了多种高差提取技术（轨道交叉点、重复轨迹），多种分析技术（流域、格网）分析技术，获得了南极冰盖高程变化的四套成果，建立了高程变化的时间序列，并采用了自动时频分析技术，提取了高程变化的长期趋势。在进行了卫星测高的任务偏差、GIA、冰雪密实化、积累率异常等改正后，结果与以往的测高结果有较大不同，结果显示，整个南极处于物质减少状态，物质变化约为-75±8Gt/yr（-0.8±0.1cm/yr），四套分析结果非常一致。西南极主要呈现负增长，而东南极主要呈现平衡或者稍微增长状态。本项目结果与其他独立技术得到的物质估计相近。. 本研究还利用光学配准技术和SAR的offset-tracking技术获得了东南极Lambert-Amery冰架流域的冰流速时空分布特征，对20年来的冰架稳定性进行了评估。采用简单的回归模型分析后，认为冰架后端（靠近接地线部分）较为稳定，但可能存在年际间的反相变化，而冰架前端的冰川流速存在可能的增加，但增量很小，总体来说，该冰架流域呈现较为稳定的特征。通过与实测结果和已有的RADARSAT该流域的冰川流速场进行对比分析显示，利用光学影像和其他的非冰川监测为目的的SAR数据一样可以得到高精度和高分辨率的流场分布特征。为研究提供了一条经济实用的途径。此外，多种技术的综合利用，有利于延长和增加冰川动态研究的时间尺度和空间分辨率，为冰川动态的长期特征研究提供数据和方法上的支持。此外，还拓展了本项目的研究内容。底部消融率的变化对与研究海-冰-气交互具有重要意义。我们对广泛分布于南极冰盖边缘的冰架进行了深入细致的研究，推演了冰架底部消融。底部总消融量约为2100Gt/yr,远大于其他已有的估计成果，并且大冰大冰架崩塌占主导等，而对于小冰架底部消融占主导作用.