南极冰山运动监测及其与海洋相互作用机制研究

Icebergs are large blocks of freshwater ice that break away from floating ice shelves of glacial origin, they are significant components of Antarctic ice sheet-ice shelf-ocean system and play an important role in climate through the transfer of fresh water and heat between ice sheets and oceans. In this study, the Antarctic huge tabular iceberg (length over 5 km) drifting database will be generated using high-resolution Envisat-ASAR WSM mode data (2005-2012) and Sentinel-1A EW mode data (2014-2020) by a computer-based automatic detection method, the iceberg thickness are determined by ICESat/GLAS laser altimeter profiles and Cryosat-2 radar altimeter profiles, allowing the iceberg masses to be estimated. The spatio-temporal distributions of Antarctic freshwater input and iceberg calving as well as basal melting amounts during iceberg drifting processes will be analyzed, the dynamic mechanism of iceberg drifting processes and the interaction mechanism between icebergs and Antarctic ocean environments will be investigated, which can provide key input parameters and validation data for numerical ocean models.

南极冰山是由冰架前端崩解产生的大型冰体，是南极冰盖-冰架-海洋系统的重要组成部分，在南极冰盖与海洋之间的淡水与热量交换过程中发挥着重要的作用。本项目将利用2005-2012年期间的Envisat-ASAR中高分辨率的宽幅模式（Wide Swath Mode-WSM）数据与2014-2020年Sentinel-1A中高分辨率的超宽幅模式数据生成全南极大型平顶冰山对象（长轴大于5 km）运动轨迹数据库，利用ICESAT/GLAS激光高度计数据以及Cryosat-2雷达高度数据提取冰山厚度数据，根据自动提取得到的冰山面积与冰厚数据估算冰山总质量，在此基础上得到南极冰山淡水释放量以及冰山运动过程中崩解量与底部消融量的年际时空变化与季节性变化特征，定量分析南极冰山状态变化的动力学机制并评估冰山与南大洋海洋环境之间的相互作用关系，为海洋模式模拟提供关键输入参量和结果验证数据。

本项目旨在基于Envisat ASAR宽幅模式与Sentinel-1中高分辨率超宽幅模式的影像数据生产南极大型平顶冰山对象运动轨迹数据库，并利用ICESat-GLAS激光高度计以及CryoSat-2雷达高度计数据提取冰山出水高度，根据以上两项结果估算冰山总质量并此基础上得到冰山运动过程中的时空变化的动态特征。.围绕南极冰山这一研究对象，本项目取得如下具体研究成果：.1）以2010年由Mertz冰舌前端崩解下的C28冰山作为典型案例，综合应用CryoSat-2雷达和ICESat-GLAS激光测高等多源遥感数据详尽分析了其漂移过程，结果表明冰山在冬夏两极呈现不同的演化特征，夏季以逐渐消融为主而冬季以机械破碎为主，相关成果发表于本领域Top期刊Remote Sensing of Environment；.2）利用BedMap2海底测深和杨百翰大学冰山数据库研究了南大洋地形对冰山运动和搁浅的影响，揭示出环南极易搁浅区空间分布，并发现当水深小于200m时冰山运动速度与水深呈现正相关性（R=0.85，P<0.01），相关成果发表于中国科学-地球科学；.3）基于覆盖全南极海岸线的Envisat ASAR镶嵌数据集，利用面向对象的多尺度图像分割算法提取近岸海域的冰山分布，共统计出32267座面积大于0.06 km2的冰山，此发现为将来精确模拟南大洋淡水通量的输入值奠定了观测基础，成果发表于南京信息工程大学学报（自然科学版）；.4）基于Sentinel-1高分辨率雷达影像，采用改进的边缘提取算法，获取环南极时间序列固定冰数据集，揭示了南极固定冰与冰山相互作用关系，表明大型冰山接地后会阻碍海冰的运动，导致其沿岸的区域环境在短时间内发生剧烈变化，相关研究成果发表于Remote Sensing of Environment；.5）冰山出水高度是测量冰山厚度进而估算其体积的重要几何参数，利用冬季冰山在海冰上成影关系，项目提出利用多期Landsat光学卫星的阴影测高模型测量冰山出水高度的方法，结果阴影长度测量误差优于一个像元，均方根误差优于2m，成果已被遥感学报接收；