中国极地研究中心在东南极伊丽莎白公主地冰盖探测和精细化冰下地形研究方面取得重要进展

新民晚报讯(记者 郜阳)记者从中国极地研究中心获悉,近日,国际地学领域顶级学术期刊《地球系统科学数据》(Earth System Science Data)在线发表了该中心中心牵头的一项成果。这一成果由中国极地研究中心联合英国、美国、澳大利亚等多国科学家团队共同完成,是极地中心孙波研究员团队牵头的东南极伊丽莎白公主地航空科学调查取得的又一重要成果。

南极冰盖是地球气候系统及其变化的关键所在,所储存冰量对全球海平面上升的潜在贡献达到58米。目前,在不同气候变暖情景下估计南极冰盖对海平面上升的贡献方面,国际上已取得显著进展,然而模型预测结果仍存在较大的不确定性,其主要原因在于缺乏对冰盖底部环境的详尽认识。

冰厚和冰下地形是模式评估和预测南极冰盖物质平衡及其对海平面上升影响的基本输入参数,其空间分辨率和精度直接影响模式的输出结果。此外,冰下地形还控制着冰下水的流向、冰底滑动和冰流运动,冰下地形的细节与冰盖运动及其不稳定性密切相关,其差异直接反映了冰盖在气候变暖情形下的敏感性和脆弱程度。发展区域或大陆尺度的精细化冰厚和冰下地形数值模型,对于认识冰盖演化及其动力学特征有着重要意义,在寻找最古老冰芯位置、揭示冰盖动力学突变及其稳定性等方面尤为必要。

然而,由于被厚度几公里厚的冰层所覆盖,准确测量冰下地形面临巨大挑战,目前主要依靠航空冰雷达探测方法(也称无线电回波探测)。上世纪50年代,无线电回波方法被首次发现可以有效“穿透”冰盖,可用来获取冰厚、冰下地形、内部冰层和冰底环境等冰盖关键信息。过去70年来,国际上组织了大量针对南极冰盖测绘的大型航空调查项目,并陆续形成冰厚和冰下地形数据产品。

在东南极伊丽莎白公主地,由于缺少直接的冰雷达观测等地球物理调查数据,冰厚和冰下地形数值模型的误差大、空间分辨率低,使得该区域成为相应数据产品空白区,对其冰下环境与冰-岩界面圈层相互作用过程认知非常有限。

2015年,我国成功完成“雪鹰601”航空科考平台的建设,并将其投入当年的中国第32次南极科学考察计划中。迄今为止,利用该航空探测平台,极地中心科研团队牵头组织国内外科学家已先后完成了5个年度的东南极伊丽莎白公主地航空科学调查,获得总测线长度近18万公里。

在本次研究中,首先通过对航空冰雷达观测数据进行深入处理和沿测线的冰岩界面追踪提取,计算得到冰盖的冰厚值,再根据冰流速大小差异,考虑基岩出露和冰架等要素,进行区域分类,采用包括冰盖“质量守恒”在内的多种插值算法,构建了空间分辨率达到500米的精细冰厚数值模型;最后,通过最新的高分辨率卫星冰面数值高程模型,计算得到同等分辨率的冰下地形数值高程模型。

记者获悉,新的伊丽莎白公主地冰下地形数值高程模型覆盖区域面积约90万平方公里,详细揭示了研究区域大量过去未知的冰下地形地貌特征,包括内陆冰盖的冰下盆地(低于海平面250米以上)、连通冰盖中心区域和兰伯特冰川的冰下裂谷、冰脊B区域高耸的冰下山脉以及海岸附近的冰下盆地等。该成果对研究相关东南极典型区域冰盖稳定性、冰盖演化和地质学有重要的意义。

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