联合ERS-1和ICESAT卫星测高数据构建南极冰盖DEM

南极冰盖DEM在南极研究中具有十分重要的作用,而构建南极冰盖DEM的主要数据源来自于卫星测高。在已有的测高卫星数据中,ERS-1/GM和ICESAT在空间分辨率和精度方面存在互补的关系,综合利用这两类数据,是获得南极冰盖高分辨率高精度DEM的前提。本文采用了数据联合的方法,利用ERS-1和ICESAT测高数据来构建南极冰盖DEM。采用ICESAT离散数据和RAMP/DEM v2对综合DEM进行精度评估,结果表明综合DEM高程精度在4 m左右。     

两种新的基于遥感影像的南极DEM精度比较与分析

南极参考高程模型(Reference Elevation Model of Antarctica, REMA)和TanDEM-X DEM是国际上新发布的两种基于遥感影像的高分辨率数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM)。采用Cryosat-2卫星测高数据及冰桥计划机载测高数据对两个数字高程模型在南极冰盖上的精度进行验证比较,并考虑雷达信号穿透性和坡度等因素进行分析。结果表明:在南极冰盖范围内,与CryoSat-2数据相比较,REMA的平均高程差为-0.742 m,标准差为5.269 m, TanDEM-X DEM的平均高程差为2.946 m,标准差为5.755 m。在南极内陆地区TanDEM-XDEM与冰桥计划数据之间的高程差异略小于冰盖边缘地区的高程差异,总体高程差异相比于REMA和冰桥计划数据之间的高程差异要更明显。REMA的高程值略高于TanDEM-X DEM的高程值,两个数字高程模型之间的平均高程差为3.742 m,标准差为2.807 m,这与TanDEM-X DEM的数据源使用X波段雷达波对积雪的穿透性有关。     

北斗系统在远洋及南极地区的定位性能分析

利用北斗/GPS双系统四频率接收机,于2011年10月至2012年4月采集了中国第28次南极考察沿线的北斗和GPS实测数据,跨度北至中国天津,南至南极内陆昆仑站。从C/A码伪距的信噪比和多路径、可见卫星数、PDOP值、标准定位的精度等方面对比分析了北斗和GPS系统在航线上不同区域,尤其是在远洋及南极地区不同运动状态下的定位效果。结果表明现阶段的北斗系统信号质量总体上与GPS相当;在45°以内的中低纬度地区,动态定位精度与GPS相当,水平和高程方向分别可达10 m和20 m左右,而静态定位水平方向精度为米级,与GPS相当,高程方向10 m左右,较GPS略差;在中高纬地区,由于可见卫星数较少、卫星分布较差,定位精度较差或无法定位。     

南极数字高程模型研究进展

本文首先结合卫星测高技术的发展,回顾了20多年来南极数字高程模型(DEM)研究发展的历史,并重点介绍了为处理Radarsat南极测图计划(RAMP)SAR影像进行地面验证而制作的高精度RAMP/DEM的构建过程。然后,介绍了南极局部地区,尤其是我国利用地面实测数据及遥感数据在南极地区进行DEM研究的状况。最后,结合冰、云和陆地高程卫星(ICESat)的研究进展,对最新的南极DEM研究进行了展望。     

冰雷达探测数据处理方法研究——以南极冰盖Dome A地区的数据处理为例

提出了冰雷达数据处理的流程,详细论述了冰雷达数据处理中常规修正的关键技术：静态校正、增益控制、带通滤波以及偏移处理等。以中国第24次南极科学考察（CHINARE 24）所获取的Dome A 地区30 km×30 km范围冰雷达原始数据处理作为实例,提取得到了该区域冰盖内部等时层埋深以及冰盖的冰厚数据。通过插值展现了冰盖等时层以及冰岩界面的三维空间形态。结合该区域ICESat冰盖表面高程数据,构建出了Dome A地区涵盖冰盖表面、冰盖等时层以及冰岩界面形态特征的三维模型。     

基于光学立体和InSAR的Grove山地区DEM建立和分析

本文分别利用光学立体和In SAR技术生成了东南极Grove山地区15 m分辨率的ASTER DEM和20 m分辨率的In SAR DEM。在利用ASTER立体像对生成DEM的过程中引入ICESat测高数据作为高程控制以减少错误匹配,提高DEM垂直精度;而在利用ERS tandem数据生成DEM后,选取ICESat测高数据对In SAR DEM进行倾斜面纠正,以消除基线不精确估计等带来的影响。通过与未作控制的ICESat测高数据进行比较,评价了两种DEM的精度并对误差进行了分析。同时,比较了两种DEM的差异,并分析了造成这些差异的原因,探讨了两种技术生成南极冰盖DEM的优势和不足。最后结合两DEM的优势,融合生成了Grove山地区高精度的DEM。     

基于Elmer/Ice冰盖模式的南极Gamburtsev山脉Lambert冰流区域的数值模拟研究

在全球变暖的背景下,东南极冰盖显著地出现降雪增多冰厚增大的现象,然而由于有关东南极冰盖的观测数据相对缺乏,因而很难对东南极冰盖大范围的冰盖动力学、热力学状态细节进行整体性评估。Dome A到中山站断面是横穿南极冰盖计划的核心断面之一。该断面穿越的兰伯特(Lambert)冰川上游、甘布尔采夫(Gamburtsev)冰下山脉和Dome A区域是南极科学研究的热点区域,因此具有重要的研究价值。本研究使用已多次在南极冰盖有过成功模拟应用的三维有限元冰盖模式Elmer/Ice,对该区域的内部温度场和速度场进行了模拟,得到了冰盖的流速场和温度场数据,并将模拟数据与传统估测数据进行了对比,发现两者在总体趋势上吻合。研究表明,该研究区域冰盖的底部温度大部分达到了压力熔点,只有少部分靠近内陆的冰盖底部未达到;在冰盖内陆区域,水平速度场非常小,在靠近冰架区域时,水平速度场突然增大,而垂直速度场只有在冰下地形发生显著波动时,出现显著变化。在此基础上,对Elmer/Ice冰盖模式的应用前景和需改进的方面进行了探讨。     

基于Elmer/Ice冰盖模型的南极Gamburtsev山脉Lambert冰川冰盖系统的数值模式模拟研究

在全球变暖的背景下, 东南极冰盖显著地出现降雪增多冰厚增大的现象, 然而由于有关东南极冰盖 的观测数据相对缺乏, 因而很难对东南极冰盖大范围的冰盖动力学、热力学状态细节进行整体性评估。 Dome A 到中山站断面是横穿南极冰盖计划的核心断面之一。该断面穿越的兰伯特(Lambert)冰川上游、甘 布尔采夫(Gamburtsev)冰下山脉和Dome A 区域是南极科学研究的热点区域, 因此具有重要的研究价值。本 研究使用已多次在南极冰盖有过成功模拟应用的三维有限元冰盖模式Elmer/Ice, 对该区域的内部温度场和 速度场进行了模拟, 得到了冰盖的流速场和温度场数据, 并将模拟数据与传统估测数据进行了对比, 发现 两者在总体趋势上吻合。研究表明, 该研究区域冰盖的底部温度大部分达到了压力熔点, 只有少部分靠近内 陆的冰盖底部未达到; 在冰盖内陆区域, 水平速度场非常小, 在靠近冰架区域时, 水平速度场突然增大, 而 垂直速度场只有在冰下地形发生显著波动时, 出现显著变化。在此基础上, 对Elmer/Ice 冰盖模式的应用前 景和需改进的方面进行了探讨。     

数字地形模型数据产品特点 与评估分析

数字高程模型是支撑地理过程模型研究的重要基础数据。DEM数据获取、加工及压缩精度直接影响地学相关模型及地理过程的模拟效果和研究质量。在分析比较当今国际地学界应用DEM数据源的基础上，我们采用绝对差值法和三维剖面法对国家基础地理信息中心生产的基于1：50,000扫描地形图DEM产品(NFGIS_DEM)、GTOPO30_DEM数据及基于SRTM数据生产的DEM数据集进行了精度检验及评估。同时分析了影响由SRTM数据所生产的全球范围DEM数据集精度与数据质量。研究结果表明30-90m分辨率的SRTM_DEM产品在精度和数据质量控制方面远优于GTOPO30_DEM数据，与NFGIS_DEM数据质量相当。大范围乃至全球范围的30m分辨率SRTM_DEM产品，将极大促进基于DEM数据的地理过程模型的研究，尤其会大幅提升对DEM空间分辨率较敏感的地学相关研究能力。     

等高线节点密度对DEM精度的影响

以西南丘陵地区两种比例尺的地形图为数据源,利用GIS软件平台研究不同等高线节点密度下的DEM精度,旨在揭示节点密度对DEM精度的影响.结果表明:不同节点密度所生成的DEM的高程主要差异区域分布在地形结构线附近;当比例尺为1:2000和1:1万,分辨率分别高于2 m和5 m时,节点的变化对DEM的精度并没有明显影响;分辨率低于2 m和5 m时,其理想的节点密度分别约为1/7个/m和1/12个/m,当大于此节点密度时,增加等高线节点并不能改善DEM的质量,反而会降低DEM的精度.     

南极内陆考察沿线GPS高精度定位点测量结果分析

中山站至 Dome- A考察是中国承担的“国际横穿南极科学考察”( ITASE)计划的一部分。考察沿线布设有 GPS高精度定位点 ,通过两期观测数据的计算可知 ,考察沿线的冰川整体上以8- 2 4 m/a的速度向西北方向 (兰伯特冰川盆地方向 )流动 ,而且 ,越接近冰盖边缘 ,运动速度越快 ,最快达到 1 0 0 m/a。同时 ,由于冰川的流动 ,引起了 GPS点垂直方向 0 .2 - 1 m的沉降量     

基于GIS的中山站至Dome A冰盖考察数据处理和信息提取

中山站至DomeA冰川学考察断面是国际ITASE计划的核心断面之一。首次利用GIS开展了该断面的数据处理与信息提取 ,采样点的布设与管理。介绍了ADD数字地图拼接与裁剪 ,野外数据和BEDMAP数据地理坐标投影变换的方法。利用ArcView内插等高线方法对GPS导航仪高程数据进行了校正。沿考察路线提取了BEDMAP的冰下基岩高程和冰厚度数据 ,以及冰盖表面的坡度与坡向数据。指出应进一步开展该断面以及兰伯特冰川盆地GIS应用研究。     

The first geodetic investigation at the summit of Dome A,Antarctica

Dome A is the highest ice feature in the Antarctica,up to now,little is known about surface topography at Dome A.The first Chinese ITASE expedition was carried out from Zhongshan station to Dome A during the 1996/1997 austral summer. During the 2004/2005 austral summer,the traverse was extended to the summit of Dome A which is 1228 km from Zhongshan Station by 21st Chinese National Antarctic Research Expedition (CHINARE).The real-time kinematic (RTK) GPS survey was carried out in the summit of Dome A during 2004/05 austral summer.The surface to- pography of Dome A was drawn up using the kinematic double-frequency GPS data covering an area of about 70 km~2.The accuracy of the kinematic survey is in the range of 0.20 m.Precise surface topography,bedrock morphology and internal laye- ring geometry are important for the future selection of the best site for deep drilling at Dome A.     

Wisconsinan and Holocene Climate History from an Ice Core at Taylor Dome, Western Ross Embayment, Antarctica

Geochemical data and geophysical measurements from a 554-m ice-core from Taylor Dome, East Antarctica, provide the basis for climate reconstruction in the western Ross Embayment through the entire Wisconsinan and Holocene. In comparison with ice cores from central East and West Antarctica, Taylor Dome shows greater variance of temperature, snow accumulation, and aerosol concentrations, reflecting significant variability in atmospheric circulation and air mass moisture content. Extreme aridity during the last glacial maximum at Taylor Dome reflects both colder temperatures and a shift in atmospheric circulation patterns associated with the advance of the Ross Sea ice sheet and accounts for regional alpine glacier retreats and high lake levels in the Dry Valleys. Inferred relationships between spatial accumulation gradients and ice sheet configuration indicate that advance of the Ross Sea ice sheet began in late marine isotope stage 5 or early stage 4. Precise dating of the Taylor Dome core achieved by trace-gas correlation with central Greenland ice cores shows that abrupt deglacial warming at Taylor Dome was near-synchronous with the ∼14.6 ka warming in central Greenland and lags the general warming trend in other Antarctic ice cores by at least 3000 years. Deglacial warming was following by a warm interval and transient cooling between 14.6 and 11.7 ka, synchronous with the Bølling/Allerød warming and Younger Dryas cooling events in central Greenland, and out of phase with the Antarctic Cold Reversal recorded in the Byrd (West Antarctica) ice core. Rapid climate changes during marine isotope stages 4 and 3 at Taylor Dome are similar in character to, and may be in phase with, the Northern Hemisphere stadial–interstadial (Dansgaard–Oeschger) events. Results from Taylor Dome illustrate the importance of obtaining ice cores from multiple Antarctic sites, to provide wide spatial coverage of past climate and ice dynamics.     

南极潮汐测量及区域潮汐对冰架表面流速影响的研究进展综述

南极区域潮汐是计算南极物质平衡和南极冰架表面冰流速的重要影响因素,同时对于研究冰架崩解和全球气候变暖具有重要作用。南极潮汐测量的方法从最初的实时测量,发展到了卫星测高和遥感监测以及建立数值模型预测的阶段。已有研究表明潮汐周期与冰架表面流速间存在一定关联,例如Filchner-Ronne冰架和Ross冰架的潮汐变化与冰流速度的联系为:在大潮时冰流速度达到最快,小潮时冰流速度达到最慢。研究还对南极典型冰架区域潮汐特征及对冰架表面冰流速、高程变化等的影响进行了总结。今后的研究不仅需要继续关注西南极和南极半岛的潮汐变化,更加需要对东南极稀疏的区域进行潮汐观测,这对于构建整个南极潮汐数据库和提高数值模型的精度具有重要意义。     

积雪对南极冰盖自动气象站气温观测影响的研究

随着冰盖表面雪的累积或消融,自动气象站(AWS)传感器相对地表的高度随之发生变化,故所记录的观测资料不能直接反映相对地表固定高度上的气象参数。为了使南极冰盖上AWS所获取的气象资料具有可靠性,在积累率对AWS观测气温影响的基础上,将东南极冰盖上中山站至DomeA断面3个AWS的连续观测气温修正到相对于雪表面的某一真实高度上。结果表明:(1)DomeA,Eagle和LGB69年平均1m气温分别为-53.19℃,-41.33℃和-26.29℃,年平均积累率分别为0.11m、0.30m和0.49m,对应的1m气温年平均修正量分别为0.34℃、0.29℃和0.35℃,2m和4m气温的年平均修正量均小于0.1℃;(2)积累率变化对离地表最近层次上的气温影响最大,越往上层影响越小;(3)气温的修正量大小与积累率并非成简单的正比关系,它与气温本身的季节变化特征以及局地近地表逆温强度有很大的关系。气温的平均修正量冬季为正,夏季修正量的正负由局地是否存在逆温决定,修正量值的大小主要由逆温强度和积累率决定。     

中山站至内陆330公里冰川学剖面考察

１９９６～１９９７年南极夏季期间，中国组织实施了首次南极内陆冰盖冰川学考察，深入冰盖内陆３３０ｋｍ，作为中山站至南极内陆最高点ＤｏｍｅＡ大剖面研究计划的开始。计划将对冰盖物质平衡、２００年以来环境演化过程、冰雪／气交换过程等科学问题开展观测研究。本次考察进行了物质平衡、地貌、气象、雪坑地层观测，采集了表层、雪坑、冰雪芯样品。