基于冰晶组构各向异性的多极化冰雷达反演与冰盖模式研究

气候变暖导致的海平面上升是全球关注的焦点问题，极地冰盖融化是海平面上升的主要原因；冰盖模式是理解和预测冰盖流动机制和演化规律的最主要技术手段，然而传统基于SIA假设的冰盖已不能适应对冰盖特定区域（冰穹、冰架接地线区域）的模拟；冰雷达资料所蕴含的丰富的冰盖内部信息也未能充分利用。本申请基于冰晶组构识别技术为基础，将多极化冰雷达探测成果与冰盖模式研究有机结合，以此来提高冰盖模拟预测的精度和准确性。主要研究内容：1.研究多极化冰雷达数据各向异性多参数反演方法，利用识别技术将反演结果转换成冰晶组构类型（或取向张量）。2.研究各向异性冰流模式，利用反演结果得到的冰晶组构类型模拟深冰芯钻探点位置冰晶组构演化过程。3.利用反演结果得到的冰晶组构类型（取向张量），研究各向异性、求解完全Stokes方程的冰盖模式。4.将研究成果应用于冰盖特殊区域(Dome A、Amery冰架等)，为冰盖研究提供预测和支持。

极地冰盖的演化及其稳定性对于全球海平面变化起着至关重要的作用。在全球气候变暖的大背景下，理解和掌握冰盖的演化规律对于预测极地冰盖的行为及其对海平面的影响具有重要的科学意义。冰盖模式是研究和预测冰盖运动和演化的重要方式并取得许多重要成果，然而随着现场观测精度的提高，科学家们发现基于传统Glen（1955）冰流法则的冰盖模式计算结果与现场观测结果存在较大误差，促使ISMASS白皮书（2004、2007）将冰介质各向异性研究作为国际冰川学难点和重点研究方向。另一方面，从二十世纪五十年代开始，冰雷达成为冰盖探测的主要方法并取得巨大成功。在此基础上研制的极化雷达被认为是最有发展潜力的雷达系统。然而半个世纪过去了，虽然极化雷达的零星试验和尝试不断地进行，并有一些重要的发现；但极化雷达的数据处理和解释一直是世界性难题，限制了极化雷达在冰盖研究中的应用。在两个自然基金的资助下，我们课题组经过8年技术攻关，取得了一些具有国际领先水平的成果和重要发现。在理论研究的基础上，我们成功解决了困扰极化雷达数据处理和解释长达半个世纪的难题，并将该技术应用于第24次南极科考雷达数据处理，在Dome A顶部取得重要发现：在冰穹区域，组构的空间分布也存在着起伏变化，在国际上首次发现软冰和硬冰层交替出现的现象。与Vostok深冰芯连接，发现这种交替出现的层与冰期/间冰期旋回相对应，也就是气候变化导致冰内物质成分的变化，从而决定组构在应力作用下的变化速率。在此基础上我们提出一种新的冰盖组构演化法则。在理论研究的基础上，我们将雷达回波特征和冰组构变化联系起来，国际上首次提出了使用了极化雷达直接识别冰晶组构的方法，使得直接根据极化雷达的探测结果，为冰盖模式提供最需要的组构空间信息（过去只能根据为数不多的深冰芯数据假设层状模型）成为可能。基于极化雷达研究提供的组构参数，我们又开展了一些试验性冰盖模式计算和对比试验。