南极冰川流速估算与典型冰架动态变化监测

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南极是冰冻圈的重要组成部分,与大气和海洋有着复杂的交互作用,是洋流循环和大气循环的重要动力源,起着调节着全球热量平衡的作用。南极洲97.6%的面积被冰雪所覆盖,冰盖和冰架部分的面积共有1.36×107 km2,冰储量为3.01×107 km3,平均冰厚度达1 962 m,如果全部融化会使全球海平面上升58 m。在全球变暖的背景下,南极边缘的冰架和附近的冰盖持续消融变薄,溢出冰川的流动速度也在不断变快,南极冰盖的物质支出高于物质收入,总冰储量不断减少,这被认为是造成全球海平面上升的原因之一。冰川流速是南极大陆的重要参数之一,可以帮助了解流速的空间分布特点,定量分析冰架输出物质量,以及充分了解局部冰盖和冰架的动态变化情况,例如裂缝的产生,冰流对冰盖的影响等。使用3218景Sentinel-1 GRD数据,基于偏移量追踪方法提取南极冰川流速。与单视复数产品(Single Look Complex,SLC)相比,降分辨率的地距产品(Ground Range Detected,GRD)具有数据总量小、流速提取效率高、后处理工作量小的优点。经过误差剔除,共获得了4.5×107个有效流速矢量控制点,并采取非插值的方式获得了分辨率为450 m的南极流速场,总覆盖面积达8.17×106km2。2个角度的误差分析表明:1)共有83 597个像元位于裸露岩石分布的区域,标准差10.6 m·a-1。2)与MEa SUREs流速产品的差值平均值为5.6 m·a-1,主要集中在-60~60 m·a-1之间,像元数占总数的99.2%。与前人的研究相比,本文开拓新数据,证明了降分辨率的GRD数据在提取大尺度范围冰川流速具有可行性,并且具有效率高,精度高的优点。同时提出了新的流速镶嵌方法,以流速矢量点为基本单元,按南极极球面坐标投射到大小为450 m的格网中,将中值作为流速值,最终结果对现有的流速产品进行了更新和补充。分流域共选取了73个主要冰川和冰架,通过长度、宽度、平均流速、最大流速、高程落差和主流线流速分析冰川运动特点:1)重力是冰川运动的驱动力,冰川沿着山坡向下流动,运动速度持续加快,并在末端达到最大。2)冰川运动的快慢与高程落差相关,运动速度大于500 m·a-1的冰川的高程落差普遍在800 m以上。3)沿着主流线,高程在冰盖部分迅速下降,在冰架部分的变化趋于平缓,冰川运动速度的变化情况与地形变化相似。选取7个典型冰架,利用Sentinel-1数据提取2019年逐月的流速,分析运动变化规律。发现冰架各个月份的运动速度是波动的,与海冰封冻情况具有相关性,但与季节不具有相关性,海冰封冻会对冰架运动造成大于8.7%的阻碍,流速峰值出现在海冰尚未封冻的月份。季节变化不是决定海冰封冻程度波动的主要原因,冬季(6、7、8月)海冰封冻程度可能会与夏季(12、1、2月)相同,此时夏季冰架流速与冬季没有明显差异,如Brunt、Ronne、Jelbart冰架冬夏季节流速差异小于50 m·a-1。使用ERS-1&2、Sentinel-1数据,研究1999-2019年7个典型冰架面积的动态变化情况。位于西南极的松岛冰架自1999年开始进入崩裂活跃期,20年共损失面积1 074 km2。位于南极半岛的Larsen-C冰架于2004-2009、2014-2019年发生大型崩裂,分别损失面积1 435 km2、5 664 km2。其余位于东南极的冰架,相较西南极和南极半岛的冰架稳定,逐年向前发育。其中Ronne冰架在1999-2004年损失了面积8 582 km2,但在2004-2019年增加面积8 569 km2,恢复到了1999年的水平。Amery、Brunt、Cook、Jelbart冰架在1999-2019年分别共增加面积3 785、4 597、1 312、879 km2
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