南极冰层大型冰架变化和不稳定性长序列遥感监测理论方法研究

In recent decades global warming has caused significant melting and even collapses of some middle and small sized ice shelves in Antarctic Peninsula. As warming increases this phenomenon in the lower latitude Antarctica can potentially move toward the higher latitude region where the large ice shelves are located. Any significant changes of the three largest Antarctic ice shelves would affect the stability of the entire ice sheet and global climate. There is a lack of systematic studies of methodologies for long term remote sensing based monitoring of large ice shelf stabilities. This project aims to: a) develop a new method for systematically monitoring Ross, Ronne-Filchner and Amery ice shelves using Chinese satellite and Antarctic expedition CHINARE data, b) develop a set of metrics of ice shelf instability and techniques for metrics quantification, and c) estimate the instability and trend of the ice shelves. We will also generate remote sensing products of the project results, which can be used for assimilation in ice sheet and global change models. These products are important for enhancing forecasting capabilities of the modes for global change studies.

由于全球气候变暖，在较低纬度极区发生了南极半岛的中、小型冰架较大范围冰架融化，甚至冰架崩塌；这些冰架不稳定性现象有往高纬度极区、南极三大冰架迁移的迹象；而南极大型冰架的任何突变都会对南极冰层整体稳定性，以致全球气候和环境变化产生显著影响。目前国际上对南极三大冰架的不稳定性变化和趋势还没有进行长期的、系统性的重点遥感监测研究。本项目主要研究内容包括：（1）南极三大冰架（罗斯冰架、龙尼-菲尔希纳冰架和埃默里冰架）精密遥感监测（国产自主卫星、南极机载和地面科考观测等）新方法研究，（2）大型冰架关键参数系统建立和冰架不稳定性的遥感前兆信号提取新技术：（3）南极三大冰架变化和不稳定性评估及趋势分析。本项目也将研制南极三大冰架变化关键参数遥感产品，支持模式观测数据同化，提高南极冰层变化定量分析和全球变化趋势预测能力。

南极三大冰架对南极冰层整体稳定性及全球气候和环境变化具有显著影响。本项目基于多源卫星遥感和地面考察数据，对南极三大冰架的关键参数进行系统定量变化监测，综合分析其变化趋势和不稳定性；进一步与快速变化或崩塌的中、小型冰架进行对比研究，确定三大冰架不稳定性现状和可能的崩解机制，提出未来监测研究策略。.主要研究成果包括：1）研发了南极大型冰架遥感精密系统监测新方法：综合南极多源遥感（包括卫星、机载和地面科考）数据，发展了数据融合、信息提取、地面检校等新理论新方法，开发了南极冰盖/冰架表面多源卫星数据（包括测高、重力、光学等）处理系统；系统收集评估了南极三大冰架观测数据，实现了南极三大冰架的长时间序列变化监测。2）构建了南极大型冰架关键参数提取新理论方法：建立了大型冰架不稳定性关键参数估计框架，包括冰架前缘线、底部融化、表面流速、接地线以及结构特征等五类关键参数，研制了首个南极三大冰架1960年代至2022年关键参数变化遥感数据产品。3）基于提取的关键参数时空变化，结合物质平衡分析，对三大冰架稳定性现状和趋势进行了评估和预测。.本项目首次发现了历史冰流速重建中由于长时间间隔引起的过估现象，发表了偏差改正定理，提高了南极历史冰流场重建和物质平衡估计精度，降低了海平面上升贡献计算不确定性。研究成果表明目前南极三大冰架处于稳定状态，其变化属于冰川学的自然变化，短期内不会发生结构性损坏变化；但在全球气候变化背景下，其变化趋势仍存在较大不确定性，需要进行长期追踪观测以评估对海平面上升的影响。项目成果对探索南极三大冰架稳定性、南极冰层冰物质流失和对全球海平面上升贡献预测具有重大意义。.项目发表论文42篇，其中SCI论文22篇，EI论文17篇，中文核心3篇；发表软件著作权和测试报告11项；获得中国测绘学会测绘科技进步奖一等奖，项目负责人当选国际欧亚科学院院士，项目成员2人晋升正高级职称并获得国家级和省部级人才计划支持；培养毕业了4名博士生、20名硕士生；执行期间项目所在团队的成员有15人次赴南极科学考察，获取现场观测数据；完成或超额完成了项目指标。