Remote Sensing | 卫星雷达解密南极冰架消融现状

南极冰盖

南极冰盖(The Antarctic Ice Sheet)常年被大范围不融化的冰雪所覆盖，是地球上面积最大的冰盖，更是全球气候变化的晴雨表。南极冰盖周围封存着地球上约90%的淡水，其表面温度呈上升趋势，在2002到2017年之间损失了大约3万亿吨冰，这意味着海平面上升了约8毫米 [1]，如果南极冰盖全部融化，海平面将上升61.1米 [2]。

近几十年来，大型冰棚的崩裂重塑了南极的海岸线。例如位于南极半岛边缘、威尔德海西北方拉森冰架的一系列崩裂事件(拉森冰架分为拉森A、拉森B、拉森C三个冰棚)。1995年1月，拉森A冰硼崩解消失；2008年拉森B冰棚崩解消失；2017年7月发生了自有记录以来南极洲最大的一次冰山崩裂事件—拉森C冰棚的崩解，崩裂后拉森C的总面积缩小了约12%，分离出面积为5800万平方公里(约等于德国首都柏林面积的7倍)的A-68冰山 [3]。

拉森C发生冰裂

2010年1月13日，一块比美国罗得岛州面积还要大的巨型海冰在一天之内从南极龙尼-菲尔希纳冰架(the Filchner-Ronne ice shelf)上迅速脱离并解体为许多碎块冰山 [4]。

2010年1月12日下午拍摄

2010年1月13日下午拍摄

龙尼-菲尔希纳冰架

(Filchner-Ronne Ice Shelf)

龙尼-菲尔希纳冰架的面积

(Filchner-Ronne Ice Shelf)

龙尼-菲尔希纳冰架被伯克纳岛分为东、西两个部分，整个冰架面积约43,000平方公里，是南极洲的第二大冰架，仅次于罗斯冰架(the Ross Ice Shelf)。由于内陆冰架的流动，冰架之间的剪应力会不断的增长，当剪应力超过冰的强度时，就会形成裂缝，继而使得冰架的大部分区域与冰架本身分离，形成冰山。也就是所谓的崩解现象。

尽管这些漂浮着的碎冰不会引起海平面的上升，但随着全球气候逐渐变暖，碎冰融化后进入海中便会造成海平面的上升。因此有必要对冰架的质量进行预算，而冰架崩解率是冰架质量预算的一个关键因素。在此之前人们计算冰架崩解率都是根据稳态崩解方法进行计算的，即假定冰山的位置是固定不变的，因为该方法缺少随时间变化的冰山崩解数据，所以忽略了冰架面积的变化。

奥地利环境地球观测信息技术服务有限公司的Jan Wuite博士及其研究团队在Remote Sensing期刊发表了一篇如何精确计算冰架质量的研究论文，他们发现使用常规稳态崩解方法计算出的冰架崩解率对于龙尼-菲尔希纳冰架的淡水估算高出了206 Gt的冰或者224 Km³的水。所以为了更精确的计算冰架的质量，Jan Wuite博士等人提出了从CryoSat-2卫星雷达中获取冰架的高程数据来计算冰山崩解率，继而计算出冰架质量的方法。这种新方法有以下优点：

1

自动化测绘技术

仅采用一个传感器数据的自动化测绘技术，人工干预极少，不受主观判断的影响。

2

数据周期长

冰架的高程数据自开始记录到2019年为止已经长达10年，以短而有规律的间隔提供了广泛的、相对长期的系统记录，这是首次能够研究分年度和较长期(间)年度变化下的冰山质量的变化。

3

覆盖范围广

数据覆盖范围的纬度上限是整个南极范围内，对整个大陆上所有已知的冰架崩裂前缘都进行了全面覆盖，这为推导南极洲冰架前缘位置的常规崩裂提供了机会。

4

利于估算总淡水量

高程数据可以同时用于获取冰山的位置、高度、厚度和崩裂质量，这有利于总淡水通量的估算。

尽管这种新方法获得的空间分辨率较低，且在较小的出口冰川和冰架上的使用会受到限制，如南极半岛上的狭窄峡湾中的一些地形较为复杂的冰川。但CryoSat-2卫星高程数据采用的网格间距为200 m、测量频度为一年两次的空间分辨率源数据的数据密度与用于大陆范围内海岸线测绘的中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)的数据相似，且由于大部分冰架形状相对简单且地形平坦，所以该方法是合理的。

总体而言，CryoSat-2卫星的这一新应用通过提供准确的崩裂前缘的位置及改进约束崩裂模型，有益于推动冰流及终点动力学的环境研究。随着CryoSat-2卫星任务的扩展，能够为卫星雷达获取有价值的新的崩解前缘位置的数据，从而更好的监测南极洲由环境变化带来的影响。

CryoSat-2卫星

CryoSat-2是CryoSat项目的一部分，该项目旨在研究地球极地冰盖，是欧洲航天局的环境研究卫星。CryoSat-2飞船由欧洲宇航防务下的子公司阿斯特里姆(Astrium was an aerospace manufacturer subsidiary of the European Aeronautic Defence and Space Company，EADS Astrium)建造，并由国际太空公司科斯莫特拉(International Space Company Kosmotras, ISC Kosmotras)在2010年4月8日使用第聂伯(Dnepr)运载火箭发射。

2010年10月22日，经过6个月的在轨测试后，CryoSat-2宣布投入运行。CryoSat-2是作为CryoSat-1的替代品而建造的，CryoSat-1的Rokot运载火箭无法进入轨道，所以导致卫星丢失。与上一代相比，CryoSat-2的特点是软件升级、电池容量提高和仪器装备的更新。其主要仪器为双天线干涉式雷达测距仪，测量浮冰上表面与周围水体的高差 [5]。

CryoSat-2卫星

参考文献：

1. [1]Mass balance of the Antarctic Ice Sheet from 1992 to 2017. Access link: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29899482

2. Some physical characteristics of ice on Earth, Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) 互联网档案馆的存檔，存档日期2007-12-16.

3. Larsen C thinning 互联网档案馆的存檔，存档日期2013-02-06.

4. 巨型海冰脱离南极冰架面积堪比美国罗得岛州. 人民网. 2010-01-19 [2011-12-15]

5. "CryoSat-2 Earth Explorer Opportunity Mission-2".ESAeoPortal. Retrieved 20 October 2013.

Remote Sensing (ISSN 2072-4292; IF: 4.118) 是一个与遥感学科相关的国际型开放获取期刊。其期刊范围涵盖遥感科学所有领域，从传感器的设计、验证和校准，到遥感在地球科学、环境生态、土木建筑等各方面的广泛应用。Remote Sensing采取单盲同行评审，一审周期约为19天，文章从接收到发表仅需2.9天。

原文出自Remote Sensing期刊。点击左下角，了解期刊更多内容。识别左侧二维码，阅读英文原文。

Wuite, J.; Nagler, T.; Gourmelen, N.; Escorihuela, M.J.; Hogg, A.E.; Drinkwater, M.R. Sub-Annual Calving Front Migration, Area Change and Calving Rates from Swath Mode CryoSat-2 Altimetry, on Filchner-Ronne Ice Shelf, Antarctica. Remote Sens. 2019, 11, 2761.

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*翻译作者：Amber Wei

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