基于冰雷达探测的东南极冰盖冰底环境和冰盖快速变化研究

伴随着大范围活跃冰下湖和联通冰下水系、支撑冰盖的冰架系统的快速崩解和接地线大幅后撤等现象的发现，东南极冰盖快速变化迅速成为当前全球海平面和气候变化研究的热点和前沿。尽管如此，由于恶劣地理和气候环境的限制以及研究手段和方法的欠缺，对其快速变化机制的认识还非常有限，特别是对冰盖动力和底部过程有重要影响的冰底环境，仍所知甚少。冰雷达作为冰盖深部探测最为高效的手段，使大范围的冰底环境研究成为可能。Dome A位于东南极冰盖分冰岭中心，是最古老深冰芯钻探的首选之地，与Lambert冰川、Amery冰架形成物质外输的主要通道。本研究基于冰雷达在这一典型区域的探测结果，从冰盖内部结构、冰床粗糙度和冰岩界面回波能量三个深刻反映并影响冰底环境的方面入手，结合冰面地形、冰流监测和平衡速度结果，采用定量计算和综合分析的方法，着重识别和区分冰底干湿、冰下地貌以及冰流、冰下侵蚀过程，最终达到研究冰盖快速变化的目的。

为了获取能够准确反映冰盖内部特性的冰雷达图像，总结并初步提出了冰雷达数据处理的流程和规范。开发了半自动冰岩界面识别程序，实现了从大量数据中准确提取冰岩界面，避免了人工处理的繁琐和引入的误差。中国第29次南极昆仑站考察期间，运用课题组联合中科院电子学研究所自主研制的我国首套深冰探测冰雷达系统，再次对中山站至Dome A断面进行了补充探测，特别是针对之前未探明的Lambert冰川中心位置。开展了Lambert冰川流域冰床粗糙度的计算和分析，通过双参数的冰床粗糙度计算方法，利用中国第21和24次中山站至Dome A断面冰雷达调查得到的冰下地形数据，计算Lambert冰川流域，特别是Lambert冰川南侧和北侧已探明冰下地形区域的冰床粗糙度，着重分析了Lambert冰川南侧和北侧冰床特征、冰底环境和过程。开展了Lambert冰川上游分冰岭区域冰厚分布和冰下地形特征研究，获取了全长460km“中国墙”位置的冰下地形和冰厚分布。整理和综合了3次冰雷达探测的全部数据，生成了新的更加精细的Dome A核心区域三维冰厚和冰下地形DEM，基于新的高分辨率的冰下地形图，更多冰川作用下的地貌被揭示。新的成果对于Dome A区域冰盖下的Gamburtsev山脉的冰下地形地貌以及深冰芯的钻探都有重要的意义。探索并讨论了利用冰雷达底部回波能量定量诊断南极冰盖底部环境的可行性和方法，相关的研究对下一步通过雷达回波能量定量研究冰盖底部环境这一重大课题奠定了基础。