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1、第 卷第 期极地研究 ， 年 月 收稿日期 年 月收到来稿， 年 月收到修改稿 基金项目 国家重点基础研究发展计划项目（ ） 、 国家自然科学基金项目（ ） 、 国家海洋局极地考察办公室对外合作支持项目（ ） 、 国家高技术研究发展计划项目（ ） 和南北极环境综合考察与评估专项（ ） 资助 作者简介 陈昀， 男， 生。硕士研究生， 主要从事南极冰盖物质平衡研究。 ：櫑櫑櫑櫑櫑櫑櫑櫑櫑櫑毀毀毀毀 研究论文南极冰盖地形数据库 述评陈昀 ， 孙波 刘春 崔祥斌 王甜甜（同济大学测绘与地理信息学院， 上海 ；中国极地研究中心，上海 ）提要 南极冰盖物质收支与不稳定性对全球气候变化和海平面升高有着重要影
2、响， 而冰盖厚度和冰下地形则是研究南极冰盖的物质平衡、 动力及不稳定性极为重要的参数。自 世纪 年代以来， 国际上针对南极冰盖开展了大量的冰雷达以及重、 磁测量， 这些测量结果被汇集并形成冰厚和冰下地形数据库， 进而服务于冰盖模式和地球系统研究，最新推出的成果便是 （ ） 。首先介绍了 的数据来源、 结构以及数据处理， 并讨论了数据的质量评价， 然后分析了 中展示的整个南极冰盖与冰下地形及其特点。最后， 对于 对中国在南极冰盖考察和研究方面的作用进行了一些讨论与展望。关键词 南极冰盖 表面高程 冰厚 冰下地形 ： 引言南极冰盖是全球气候系统中的重要组成部分，对地球表面能量、 物质交换和海平面变
3、化都有着重要影响。冰厚和冰下地形作为冰盖模型基本的输入参数与边界条件， 对于预测冰盖演化和冰流变化意义重大 ， 只有获取到准确的冰盖厚度与冰下地形， 才能使冰盖研究更加定量化、 全面化。然而获取整个南极大陆的冰盖信息并不容易， 而且各种探测项目获得的数据之间也存在着不一致性。因此， 获得准确的冰盖数据并对这些数据加以合适的处理成为了南极冰盖研究中的关键性问题。对于南极冰盖研究， 大面积甚至覆盖整个南极的冰盖数据集是十分重要的。经过长期对南极冰盖探测以及各类数据处理方面的积累， 逐渐形成了系统的一些数据集， 例如 （ 英国的斯科特极地研究所） （ 美国科学基金会） （ 丹麦技术大学） 数据库 以
4、及 世纪初期发布的第一代南极冰下制图计划（ ） 数据库 ， 这些数据库为极地冰盖物质平衡和全球气候变化的研究提供了大量的数据来源。随着对南极冰盖的继续探测以及探测技术的不断进步， 鉴于 年发布的 在数据精度、 数据覆盖等方面已显得落后， 数据之间也存在一些无法解决的矛盾， 因此英国南极局在 的基础之上于 年推出了 （ ： ） 。 包含了 中大部分现场测量数据， 增加了大量最新的冰雷达和重磁测量结果，特别是在第四次国际极地年（ ） 期间开展的大型国际南极冰盖调查计划， 并且基于最新的卫星遥感数据和数据处理方法， 改进了冰盖表面高程数据， 在分辨率、 数据覆盖和质量保证等诸多方面都有提升。 的数据
5、成果对于冰盖研究有着巨大促进作用， 而且其总结的数据处理方式为科学研究提供了借鉴与帮助。本文主要总结了 中各类数据来源、 其处理的采用方式以及质量评价， 并对 的应用进行了分析。 数据 数据结构与组成 的数据来源相对于 获得了大幅度扩展。自 建立以来， 各类针对冰厚的南极冰盖实地探测项目不断展开， 南极甘伯采夫地区探测计划（ ） 使用冰雷达与地震测深对东南极 山以及 冰川盆地地区进行了详细的冰厚探测， 国际气候与环境变化评估项目（ ） 也间接地对东南极进行了探测， 冰桥项目（ ） 利用机载遥感， 获得了西南极以及南极半岛大部分区域的冰盖表面高程以及冰盖厚度。在国际横穿南极计划（ ） 中， 中国
6、南极科学考察队（ ） 对中山站至 断面和 区域进行了冰盖探测 ； 除此之外，在东南极 、 以及 等一些较小区域也进行了冰雷达探测。这些高精度冰厚测量数据是 相对于 质量提升的最主要数据来源， 其数据量扩大了 倍。 不仅添加了冰盖现场探测数据， 而且随着探测方式与技术的发展， 南极大陆的航空与卫星遥感数据也获得大幅度增加。冰、 云和陆地高程卫星（ ） 等激光测高卫星为南极大部分区域带来了新的冰盖表面高程信息， 并同地球资源卫星（ ） 等测高卫星数据相互整合以产生完整的冰盖与冰架 。重力反演与气 候 实 验 卫 星（ ） 、 地 球 重 力 场 和 海 洋 环 流 探 测 卫 星（ ） 等重力卫星
7、的发射使得由重力转化得到的南极冰盖厚度更加精确。除了上述的冰盖探测， 海洋测深工作也在继续进行， 得到了大量测深数据， 如新的大洋水深图（ ） 栅格数据 。最终这些研究工作获得的所有新数据都被 收集并加以利用， 并同 中保存的一部分冰盖测量数据以及已有的一些记录资料相结合， 构成了 的原始数据。其最终成果同 一样， 含有冰盖表面高程、 冰厚、 基岩高程三类栅格数据， 分辨率则从 提升到了 ， 并且覆盖范围扩展到了 。 整体数据结构如图 所示。图 数据结构（ 灰色部分为成果） （ ） 冰厚数据来源较多， 陆地冰盖地区大部分由冰雷达、 地震测深等直接测量数据组成， 而在没有进行此类测量的区域使用卫
8、星重力转化的冰厚替代， 冰架部分则使用卫星雷达测高数据转化得到的厚度。除此之外， 裸露基岩区直接使用零厚度来定义， 而离裸露基岩区域较近且离测量区域较远第 期 陈昀等： 南极冰盖地形数据库 述评时加入了人工合成的数据。最终集成了以上所有的冰厚数据处理并栅格化得到南极大陆的冰厚栅格。冰盖表面高程的处理利用了许多已有的冰盖表面 。 在内陆冰盖绝大部分的平坦地区统一使用 等 利用卫星测高制作的 ， 而在山区使用表现更好的俄亥俄州州立大学 （ ） 来进行补充。冰架部分则使用了机载雷达测高或者 数据获取的表面 。同冰厚数据一样， 最终得到了整个南极大陆的冰盖表面高程栅格数据。冰下基岩高程栅格数据是由冰盖
9、表面数据和冰厚数据合成得到； 除此之外， 中还加入了大量的海洋测深和冰架之下的水深数据 ， 据此最终得到了 以南整个南极大陆与海洋无缝的地形栅格。 数据处理 包含多种来源的数据， 而各种数据之间存在着不一致性， 需要对每种数据进行特定处理。 统一使用了 大地水准面作为其高程基准， 接地线则使用 影像和 数据来定义， 栅格化中使用基于 坐标系的极正射投影， 最终三类栅格数据的分辨率均为 。 冰厚数据冰雷达、 地震测深等测量方式可以直接得到冰厚， 这类数据覆盖了陆地冰盖的大部分地区。大部分测量数据都经过了高精度 的校正， 因此除了明显错误外并不作其他改正。考虑到低密度或大量的降雪， 大部分的测量数
10、据都用作了积雪校正计算， 中保留的 中的测量数据由于采集时间较早， 因此都假设这些数据是理想区域内采集的， 不作均值化处理。除了 冰川这些少数变化较快的区域外， 并没有考虑冰盖变化的影响， 所以这些测量数据的获得日期并不加以考虑。当离最近的冰厚测量区域超过 时， 内陆冰盖冰厚则由卫星重力场数据如 卫星数据转化来得到。卫星重力数据需要通过重力地形转化参数（ ） 来估计冰厚， 计算 采用了一个涵盖到岩床距离、 基岩形态、 岩石密度等变量的函数 。将 与卫星重力数据进行运算并加上测量误差得到了该区域的冰厚。对于冰架部分， 使用 等 利用卫星测高数据集通过静水力学原理获得的厚度，并对接地线一定区域内的数据进行排除以减少误差。对于这些排除区域， 使用机载雷达数据来进行补充， 并计算两种数据之间的差异来统一调整冰架厚度， 使最终的冰架厚度与邻近的陆地冰盖厚度保持一致。在上述两种数据差异较大的一些区域， 则直接使用了机载雷达数据转化的厚度来进行栅格化。除了以上主要的数据之外， 对于冰厚分布不均又缺少精确测量数据的小块区域， 目前常用的办法是通过冰盖模型人工添加一些数据， 如 等 提出的利用人工神经网络算法计算冰下地形和冰川
