利用卫星重力探测南极冰盖质量变化
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摘 要
针对不同ＧＩＡ 模型在南极地区的改正差异较大，分析了采用不同ＧＩＡ 模型分析得到的南极冰盖融化误差值，研究了南极冰盖质量变化加速度。研究结果表明，扣除ＩＪ０５模型影响后，整个南极冰盖质量以（－８１．５±４．２）Ｇｔ／ａ的速度和（－１２．３±６．５）Ｇｔ／ａ２的加速度融化，对海平面上升贡献分别为（０．２３±０．０１）ｍｍ／ａ和（０．０３±０．０２）ｍｍ／ａ２。西南极处于加速融化状态，速度由２００３—２００８年间的－３７．７Ｇｔ／ａ增加至２００９—２０１３ 年的－１５６．０Ｇｔ／ａ。东南极冰盖在２００９ 年前处于稳定，２００９年后逐渐积累，且积累速度不断增加。２００３－２０１３期间内东南极，西南极冰盖质量变化速度及加速度分别为（２８±１３．４）Ｇｔ／ａ、（９．８±２．８）Ｇｔ／ａ２、－（１０８．１±３．５）Ｇｔ／ａ和－（２１．１±２．９）Ｇｔ／ａ２，南极冰盖融化主要来自西南极。南极冰盖周年变化影响较强，每年１０月左右其质量变化振幅达到最大，半周年变化影响最大在西南极，Ｓ２潮波振幅在Ｒｏｎｎｅ冰架附近较大，振幅最大值达到２５ｍｍ。
引用格式
引用格式：杨洪国，游为．利用卫星重力探测南极冰盖质量变［Ｊ］．测绘科学，２０１７，４２ （７）：１２１-１２６，１３１．
正文
南极大陆存有世界最大冰盖， 面积近１４００ｋｍ２，其中９５％被冰雪覆盖，冰盖的平均厚度约为２１６０ ｍ。近年来，随着气候条件的改变，南极大陆冰川正在加速融化， 了解其变化规律有助于分析全球海平面及全球气候的变化。ＧＲＡＣＥ卫星于２００２年发射升空，主要由两颗同轨道空间卫星组成，在这两颗卫星上分别搭载了ＧＰＳ 接收机、加速度计、微波测距仪、星载摄像仪等设备，通过测量卫星的距离变化求解每月地球重力场，利用时变重力场模型探测全球质量的变化。目前，ＧＲＡＣＥ 数据已广泛用于水文、冰川、海洋、地震等方面的研究。文献［６］利用ＧＲＡＣＥ数据估算了２００２年４月—２００５年１２月间南极冰盖质量变化，扣除冰后回弹影响后，西南极以－７７ ± １４ｋｍ３／ａ的速度融化，东南极则以（８０ ± １６）ｋｍ３／ａ的速度增加。文献［７］得到南极冰盖在加速融化，由２００２—２００６年的－１０４Ｇｔ／ａ增加到２００６—２００９年的－２４６Ｇｔ／ａ，以－２６±１４Ｇｔ／ａ２的加速度增加。文献［８］ 利用ＧＲＡＣＥ ＲＬ０５ 数据得到２００３ 年１ 月—２０１２ 年１１月间南极冰盖以－１２±９Ｇｔ／ａ２的加速度加速融化。文献［９］ 采用ＣＳＲ （ｃｅｎｔｅｒｆｏｒｓｐａｃｅｒｅｓｅａｒｃｈ）ＲＬ０５ 数据计算了２００３ 年３ 月—２０１２ 年７月间的南极冰盖融化速度，发现西南极和东南极的冰盖质量变化速度分别为（－１５９±９）Ｇｔ／ａ、（＋９７±１３）Ｇｔ／ａ， 其加速度分别为（－３１±７）Ｇｔ／ａ２、（＋１８±１０）Ｇｔ／ａ２，可以看出东南极冰盖质量并未消融， 反而增加了。南极冰盖也是国内众多研究者研究的热点问题， 文献［１０］ 利用ＧＲＧＳ（ｇｒｏｕｐｅｄｅｒｅｃｈｅｒｃｈｅｓｄｅｇｅｏｄｅｓｉｅｓｐａｔｉａｌｅ）时变重力场模型计算了２００２－２００７ 年南极冰盖变化，结果显示，南极、东南极、西南极冰盖等效体积变化分别为（－７８±３７）ｋｍ３／ａ、（－３±４６）ｋｍ３／ａ、（－７５±５０）ｋｍ３／ａ， 对海平面上升贡献分别为（０．２１ ± ０．１）ｍｍ／ａ、（０．００８ ± ０．１２７） ｍｍ／ａ、（０．２±０．１４）ｍｍ／ａ。文献［１１］ 应用ＧＲＧＳ 解算的ＧＲＡＣＥ 球谐位系数得到西南极和东南极的冰盖等效体积变化分别为－９１ｋｍ３／ａ 和１０．５ｋｍ３／ａ。文献［１２］ 利用ＧＲＡＣＥ ＲＬ０４２００２ 年至２０１０ 年数据得到整个南极融化速率为－８０Ｇｔ／ａ，对海平面上升的贡献为０．２２ ｍｍ／ａ。文献［１３］ 采用了ＣＳＲ、ＧＦＺ（ＧｅｏＦｏｒｓｃｈｕｎｇｓＺｅｎｔｒｕｍ）、ＪＰＬ（ＪｅｔＰｒｏｐｕｌｓｉｏｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙ）３个机构发布的ＲＬ０５数据计算整个南极冰盖质量变化分别为（－１９５．７±２０．５）Ｇｔ／ａ、（－２０３．８±２３．１）Ｇｔ／ａ、（－１３３．２±２９．９）Ｇｔ／ａ，对海平面变化影响分别为（０．５４±０．０６）ｍｍ／ａ、（０．５６±０．０６）ｍｍ／ａ、（０．３７±０．０９）ｍｍ／ａ。
本文采用去相关滤波及４００ｋｍ 高斯平滑的组合滤波方式， 利用ＣＳＲ ＲＬ０５ 数据计算２００３ 年１月－２０１３年１２ 月南极冰盖质量变化， 比较多个冰川均衡调整模型对南极冰盖质量变化的影响，并且比较全面地分析了整个南极、东南极（经度按逆时针方向１８０°～３０°Ｗ）及西南极（经度按逆时针方向３０°Ｗ～１８０°）地区冰盖融化的速度及加速度，同时讨论了其季节性变化以及Ｓ２潮波的影响。
本文采用ＣＳＲ 提供的２００３ 年１ 月—２０１３ 年１２月间ＲＬ０５数据计算南极地区１°×１°格网质量变化，该版本数据每月提供最高阶次为６０ 的地球重力场模型，对比ＲＬ０４ 数据，新版本（ＲＬ０５）数据所反映的信号没有改变， 但精度有显著提高， 降低了条带误差［１４］。ＧＲＡＣＥ 数据中Ｃ２０项存在较大误差， 需采用卫星激光测距（ｓａｔｅｌｌｉｔｅｌａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ，ＳＬＲ）所测的系数替换。
利用最新的ＧＲＡＣＥＲＬ０５月时变地球重力场模型，考虑ＧＩＡ 改正、季节性变化、Ｓ２潮波影响，计算了整个南极、东南极及西南极地区的质量变化速度及加速度。结果表明，西南极冰盖质量整体表现加速融化状态，东南极冰盖质量呈现积累状态，南极冰盖质量季节性变化主要表现为周年变化，整个南极冰盖质量的减少来自西南极。由于所采用数据类型、时间序列长度及数据处理方法的差异，本文结果与其他文献结果稍有差异，但总体变化趋势一致。
2017年（第42卷）第6期
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