卫星测高获取的南极冰盖高程变化到质量变化的转换模型研究

Satellite altimetry, including radar altimetry and laser altimetry, is the major approach to monitor the mass balance of Antarctic ice sheets. It is able to observe the elevation change rate and the distribution of the ice sheet surface. The change of surface elevation is driven by multiple factors, and the conversion from elevation change to mass change concerns a big uncertainty. This project aims at discussing the elevation-mass conversion model for the mass balance monitoring of Antarctica ice sheet. The snow densification mechanism is studied, the contribution of densification to the elevation change rate is computed, and a feasible correction model for the dH/dt from satellite altimetry is built. For different satellite altimetry data, the snow/ice density characteristics of different mass input/output of Antarctica ice sheet are also discussed. And finally, an elevation-mass conversion model is constructed. The errors and error propagation models of different factors affecting the elevation- mass conversion model are analyzed. To further verify the proposed conversion model, the project chooses 2 study areas respectively from the West Antarctica (Amundsen Sea Section surrounding ice sheet) and the East Antarctica (Amery Ice Shelf surrounding ice sheet), using ICESat and Envisat altimetry data from 2004 to 2008, collecting corresponding remote sensing data, ground observation data, GIA models, and regional atmospheric climate model, and compares the laser altimetry and radar altimetry mass balance monitoring results from these two areas. The proposed elevation- mass conversion model will improve the accuracy of Antarctica ice sheet mass balance estimation, and have a significant meaning for seeking the spatial-temporal characteristic of Antarctic mass transport.

卫星测高是南极冰盖物质平衡监测的主要的手段之一，但是用卫星雷达和激光测高数据获取的冰面高程变化估算冰盖物质变化应综合考虑诸多因素。本项目针对卫星测高获取的南极冰盖高程到质量变化转换模型这一关键问题展开研究，重点分析冰雪密实化垂向运动机理，计算冰盖表面高程变化中雪密实化的贡献量并进行校正，针对不同测高卫星对雪面穿透的特点，分析不同南极冰盖物质支出和积累项的雪冰密度分布特点，建立卫星测高高程变化到质量变化的转换模型，分析高程－质量转换过程的误差来源并建立相应的误差模型。项目将选择西南极Amundsen Sea附近冰盖和东南极Amery冰架附近冰盖两个研究区域，使用2004-2008年的ICESat和Envisat数据，结合对应的遥感、地面实测、GIA和大气模型模拟结果，开展实证研究。本项目研究对于提高利用卫星测高估算南极冰盖物质平衡监测的准确性，探求南极物质迁移的时空特性等具有重要的科学意义。

卫星测高是南极冰盖物质平衡监测的主要的手段之一，但是用卫星雷达和激光测高数据获取的冰面高程变化估算冰盖物质变化应综合考虑诸多因素。本项目针对卫星测高获取的南极冰盖高程到质量变化转换模型这一关键问题展开研究，实现了南极冰雪密实化垂向运动机理分析，计算了冰盖表面高程变化中雪密实化的贡献量并进行校正，针对不同测高卫星对雪面穿透的特点，分析不同南极冰盖物质支出和积累项的雪冰密度分布特点，建立卫星测高高程变化到质量变化的转换模型，分析高程质量转换过程的误差来源并建立相应的误差模型。项目选择了西南极Amundsen Sea附近冰盖和东南极Amery冰架附近冰盖两个研究区域，使用2004-2008年的ICESat和Envisat数据，结合对应的遥感、地面实测、GIA和大气模型模拟结果，开展实证研究。本项目研究对于提高利用卫星测高估算南极冰盖物质平衡监测的准确性，探求南极物质迁移的时空特性等具有重要的科学意义。.项目完成了全部的预定研究内容，最终将形成的东南极修正后的物质平衡研究成果还在整理中，期望能在PNAS或者Nature/Science子刊等高水平期刊发表，项目已在国际SCI期刊发表论文11篇（其中8篇为主持人为第一/通讯作者，2篇为参与人为第一作者），多次在国内外学术会议发表论文和报告。