基于浅层探冰雷达的东南极内陆地区冰盖内部等时层提取

中国第32次南极考察内陆队首次使用雪地车载浅层探冰雷达取得了中山站至昆仑站全程1 300 km 的浅层冰盖数据,通过MATLAB对数据进行FFT转换、背景滤波、改变叠加次数去噪和基于曲波变换的图像处理,使用Reflexw对MATLAB处理后数据进行地形校正、二次背景滤波和平滑滤波等处理,成功提取了冰盖浅层等时层并得出了等时层的平均深度、最大深度和波动情况。最后进行了数据的连接,展示了LGB69冰芯处等时层的分布并与冰芯数据结合大体对应了相应等时层的年代和事件。给出了Dome A附近的等时层分布情况。为东南极中山站至昆仑站沿途的物质积累率计算提供重要的数据支撑。     

Summer fast ice evolution off Zhongshan Station,Antarctica

Based on the field data acquired in the program of fast ice observation off Zhongshan Station, Prydz Bay, East Antarctica during the austral summer 2005/ 2006, physical properties evolution of fast ice during the ice ablation season is analyzed in detail. Results show that the annual maximum ice thickness in 2005 occurred in later November, and then ice started to reek, and the ablation duration was 62 days; sea water under the ice became warmer synchronously; corresponding to the warming sea ice temperature, a ＂relative cold mid-layer＂ appeared in sea ice; the fast ice marginal line recoiled back to the shore observably, and the recoil distance was 20.9 km from 18 December 2005 through 14 January 2006. In addition, based on the data of sea ice thickness survey along the investigation course of MV Xuelong on December 18 of 2005, the ice thickness distribution paten in the marginal ice zone have been described ： sea ice thickness increased, but the diversity of floe ice thick-ness decreased from open water to fast ice zone distinctly.     

极区冰下浅表层声学监测浮标系统研发与应用

北冰洋海域的水声学研究在冰下通讯、导航定位、目标探测以及海洋环境参数反演等方面起着重要作用。而研发集成极区冰下浅表层声学监测浮标系统,获取长期连续气-冰-海界面的主要环境参数数据及冰下声学特性信息,是开展冰下水文和声学环境特性研究的重要手段。本文研究了一种极区冰下浅表层声学监测浮标系统的设计,该系统主要由主控制模块、供电模块、数据采集模块、数据远程传输模块、远程监控中心五部分组成,通过各个模块的开发与集成测试、数据的采集与传输测试、野外试验等,实现了对极区气-冰-海界面主要环境参数以及冰下浅表层声学特性参数数据的持续观测。本系统于2021年8月在中国第12次北极科学考察任务中完成现场应用,在极地低温恶劣环境下运行可靠稳定,实现了包括水声数据在内的极区各项环境观测参数的远程传输。     

基于深度学习算法的冰雷达图像冰面与基岩界面提取

极地冰盖底部的冰-基岩界面记录了冰盖的历史演变,反映了冰层的几何特征和冰底环境属性,是推断冰盖动力学和解释冰下地貌的重要指标。机载冰雷达是一种有效的极地冰盖探测方法,但雷达数据受探测环境和仪器自身局限性的影响,会包含各类噪声。为了高效准确地提取冰雷达图像中基岩界面和冰面、降低噪声干扰,利用2015—2016年度中国第32次南极科学考察在伊丽莎白公主地的航空冰雷达观测数据,基于深度学习的pix2pix算法建立了一种自动化提取雷达图像冰面和基岩界面的模型。实验结果表明,该模型提取冰面/基岩界面的精确率为0.863/0.948,峰值信噪比为24.814 dB,均高于以往的K-SVD和CycleGAN同类算法,能更有效地去除噪声、提高图像质量,更高精度地还原现在通用的人工提取效果。     

可停泊南极机器人的小型新能源充电保温房设计

世界各国在南极开展的科学考察活动中,大多数科考任务的开展均基于自动化设备。而针对机器人在南极难以长期续航工作以及机器人与其设备长期在低温下使用导致使用寿命缩短、敏感度下降的问题,提出一种可停泊南极机器人的小型新能源充电保温房。该设计包括上位机控制系统和以Arduino芯片为核心的主控制系统。本设计通过OpenMV摄像头识别机器人且能与Arduino通讯,同时在内部搭载温度控制系统和无线充电系统,从而保障机器人的长时间高效运行。经过仿真和实验测试,本设计能够在寒冷环境下保持合适的温度,同时能使用无线充电对机器人锂电池进行充电,解决了南极科考机器人的续航问题,实现了对南极科考机器人的充电工作和对其传感器设备的保温工作。     

南极中山站附近固定冰生消过程观测

2005～2006年对南极中山站附近固定冰区海冰生消过程进行了系统观测。基于观测数据比较了2005年和2006年冰季固定冰生消过程的差异,分析了冰厚增长速率的日内变化和季节变化,讨论了积雪对固定冰生消的影响。2005年尽管冰生长期的负积温较大,但由于雪厚较大,其冰厚增长速率和最大冰厚都小于2006年的观测值;极夜期间冰厚增长速率的日内变化不明显,但极夜前和极夜后都存在明显的日内变化;中山站以北16km范围内的冰/雪厚度随离岸距离没有明显的变化趋势,但冰脊形成和冰山存在都会对局部的冰/雪厚度分布产生较大影响。     

Summer fast ice evolution off Zhongshan Station,Antarctica

Based on the field data acquired in the program of fast ice observation off Zhongshan Station,Prydz Bay,East Antarctica during the austral summer 2005/ 2006,physical properties evolution of fast ice during the ice ablation season is ana- lyzed in detail.Results show that the annual maximum ice thickness in 2005 occurred in later November,and then ice started to melt,and the ablation duration was 62 days;sea water under the ice became warmer synchronously;corresponding to the warming sea ice temperature,a"relative cold mid-layer"appeared in sea ice;the fast ice marginal line recoiled back to the shore observably,and the recoil distance was 20.9 km from 18 December 2005 through 14 January 2006.In addition,based on the data of sea ice thickness survey along the investigation course of MV Xuelong on December 18 of 2005,the ice thickness distribution paten in the marginal ice zone have been described:sea ice thickness increased,but the diversity of floe ice thick- ness decreased from open water to fast ice zone distinctly.     

极地冰雪探测冰雷达技术发展回顾与展望

冰雷达是用于极地冰雪探测的主要技术手段,为研究极地冰雪的几何特征、内部结构、冰下地形地貌和冰底环境提供了重要的基础观测数据。20世纪50年代,人类首次发现特定频段的电磁波可以“穿透”南极冰盖,进而在60年代研制出用于极地冰盖冰下探测的冰雷达系统。之后60多年里,随着计算机、电子信息和卫星定位导航等技术的发展,冰雷达技术研究取得快速发展,形成了适用于极地冰盖、海冰及其上覆积雪不同探测需求的多样化冰雷达系统。本文在简要回顾了早期冰雷达技术发展的基础上,着重从极地冰盖深部探测、极地冰盖和海冰浅表层探测以及新型极地冰雪探测冰雷达技术3个方面,回顾总结了近10年来国内外主要进展。未来,为适应极地冰盖、海冰及其上覆积雪观测研究的多种需求,需要进一步提升冰雷达系统性能(探测深度、跨轨迹向分辨率、垂向分辨率等),并且研制满足新型平台(无人机、卫星等)搭载需求的小型、低功耗冰雷达系统,以及发展多通道、多频、多极化集同观测模式的综合冰雷达技术。