基于卫星大地测量技术的不同时间尺度南极冰盖物质平衡研究

Quantitative observations and model studies are the primary means to obtain mass balance of ice sheet, which is the prerequisite for the study of its evolution and contribution to sea level change. With more than 20-year satellite altimetry data and more than 10-year satellite gravimetry GRACE data, the time series of the height change and mass change with a unified resolution are derived after the data deduction. The trend, quadratic and seasonal parameters are further determined with the least squares adjustment from the time series of the height change and mass change. Moreover, correlation analysis was carried out with the same timescale parameter in the Antarctic ice sheet to assess the corresponding mass balance of ice sheet and its contribution to sea level change. This study consists of three parts. Firstly, the refinement of data processing and algorithms is performed for satellite altimetry and GRACE data. Then, we solve the unknown parameters of time series with the least squares adjustment. Finally, the mass balance of Antarctic ice sheet with different timescales is derived. This study focuses on the key techniques of data processing for the combination of satellite altimetry and satellite gravimetry. With the data process and data analysis, the mass balance of Antarctic ice sheet is determined, which provides constrains for the study of dynamic model and mass balance model in Antarctic ice sheet.

定量观测和模型研究是获取冰盖物质平衡状态的主要手段，也是研究冰盖自身演变及其对海平面变化贡献的先决条件。本项目利用20余年卫星测高数据和10余年卫星重力GRACE数据，在卫星测高与卫星重力数据精化、高程变化和质量变化分辨率统一的基础上，通过对高程变化时间序列和质量变化时间序列的长期趋势项、二次项和季节项的未知参数求解，在物质平衡显著变化区分别对高程变化和质量变化的相同时间尺度参数进行相关分析，定量监测不同时间尺度的南极冰盖物质平衡状态。具体研究内容包括：1)卫星测高与卫星重力的数据精化处理；2)基于最小二乘的时间序列未知参数求解；3)基于相关分析的不同时间尺度南极冰盖物质平衡评估。本项目力图解决两种卫星大地测量手段联合监测冰盖变化的各项关键技术，获得整个南极冰盖的物质平衡状态，为冰盖动力模式模拟和物质平衡模型研究提供现今物质平衡等参数。

全球气候变暖背景下，极地冰雪是地球系统变化最为快速的内部变量之一，其中极地冰盖物质平衡是关系到全球海平面未来变化的关键因素之一。以卫星测高和卫星重力观测技术为代表的卫星大地测量技术，是监测冰盖物质平衡的重要手段；如何有效利用多源卫星大地测量技术，国内外在这方面进行了广泛的研究，我们在前人研究基础上，针对该研究热点进行了深入研究。首先，针对卫星测高的数据处理关键技术--回波波形的波形重定算法，在多源反射界面多源测高数据源开展了广泛研究，提出了具有参考价值的选取方法，提高了卫星测高得到的冰盖高程精度；其次，针对卫星测高的轨道分布特征，在利用卫星测高监测冰盖高程变化时，提出了改进的重复轨道算法，该算法提高了高程变化分辨率和精度；利用南极考察获取的GPS数据，一方面对卫星测高的测高精度进行了系统评估，并获得了南极冰盖表面DEM，也获取了中国南极内陆考察断面高精度的冰面冰流速，该参数为重要的物质平衡分量；系统的研究了如何有效利用卫星测高和卫星重力技术，提高卫星大地测量技术估算冰盖物质平衡的精度。