中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院極地遙感團(tuán)隊(duì)與國(guó)內(nèi)外科研人員合作，基于高分辨率SAR(合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng))影像首次獲取了環(huán)南極長(zhǎng)時(shí)間序列固定冰數(shù)據(jù)集，揭示了南極固定冰的時(shí)空分布、變化特征及其與冰山的相互作用等。

什么是固定冰?為什么要對(duì)固定冰分布進(jìn)行測(cè)量?這些測(cè)量數(shù)據(jù)有什么科研價(jià)值?記者就此采訪了相關(guān)專家。

固定冰不會(huì)水平運(yùn)動(dòng)而是垂直運(yùn)動(dòng)

按照世界氣象組織的定義，固定冰是指凍結(jié)于大陸或島嶼沿岸、冰架前端、淺灘或接地冰山周圍的、不隨風(fēng)和洋流漂移的海冰。南極固定冰多為一年冰，在南極秋末冬初的時(shí)候開始生長(zhǎng)，10月或11月范圍達(dá)到最大值。隨著南極春夏季節(jié)到來，除個(gè)別區(qū)域存在常年不化的多年固定冰外，大部分固定冰會(huì)融化或破碎。

中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長(zhǎng)程曉教授告訴記者，通常情況下，固定冰會(huì)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持在某個(gè)固定位置，不會(huì)隨洋流或者風(fēng)場(chǎng)發(fā)生水平運(yùn)動(dòng)，但會(huì)在潮汐、涌浪作用下做上下垂直運(yùn)動(dòng)。

固定冰的分布受哪些因素影響?中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)惠鳳鳴教授表示，大型冰山的擱淺和漂移會(huì)導(dǎo)致固定冰的分布和范圍發(fā)生顯著變化。

具體來說，一方面，大型冰山接地后會(huì)阻礙海冰運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致海冰堆積而逐漸形成固定冰，冰山漂離后，固定冰區(qū)就會(huì)消失;另一方面，當(dāng)冰山距離海岸一定范圍內(nèi)，在共同錨定作用下，兩者之間可以形成連續(xù)的固定冰冰區(qū)，隨著冰山漂移導(dǎo)致距離超過一定限度后，這種共同作用消失，固定冰范圍也會(huì)急劇減小。

“我們通過與海底地形的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，95%的固定冰分布在水深小于1000米的陸架區(qū)。”中山大學(xué)測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士后李新情表示，固定冰的邊緣通常不會(huì)超過陸架坡折。隨著緯度的降低，水溫逐漸升高，也不利于形成并維持固定冰，全球范圍來看，緯度最低的結(jié)冰海域就是我國(guó)的內(nèi)海渤海。

李新情同時(shí)表示，沿岸地形地貌也是導(dǎo)致固定冰形成的重要因素。一般來講，由海岸往外突出的地形或冰舌、冰架東側(cè)容易形成固定冰，沿岸向內(nèi)陸凹陷的海灣也是固定冰容易形成的區(qū)域，比如我國(guó)中山站所在的普里茲灣等。

固定冰數(shù)據(jù)為南極研究提供重要支持

為什么要對(duì)固定冰的分布情況進(jìn)行測(cè)量?據(jù)程曉解釋，準(zhǔn)確的固定冰數(shù)據(jù)可以提高南極近岸區(qū)域海—冰—氣熱交換的評(píng)估精度，為冰架穩(wěn)定性以及生態(tài)系統(tǒng)的研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。

同時(shí)，固定冰與很多近岸冰間湖的形成密切相關(guān)。冰間湖指的是達(dá)到結(jié)冰溫度的天氣下仍長(zhǎng)期或較長(zhǎng)時(shí)間保持無冰或僅被薄冰覆蓋的冰間開闊水域，是海洋動(dòng)物換氣和覓食的“綠洲”。程曉說，固定冰發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其下游側(cè)冰間湖的范圍出現(xiàn)變化，進(jìn)而對(duì)海洋動(dòng)物的活動(dòng)產(chǎn)生影響。

為何使用SAR技術(shù)對(duì)全南極固定冰進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)研究?程曉解釋，這是由南極特殊的地理位置和惡劣的自然環(huán)境決定的。

理論上，光學(xué)遙感、微波輻射計(jì)、SAR都可用于固定冰的觀測(cè)，但光學(xué)遙感容易受到云的影響，微波輻射計(jì)的空間分辨率太低，往往忽略了很多南極近岸幾公里到十幾公里尺度的固定冰，導(dǎo)致觀測(cè)結(jié)果誤差太大。而SAR能夠主動(dòng)開展對(duì)地觀測(cè)，并具有一定的地表穿透能力，得到的影像不受云和極夜的影響，且分辨率高達(dá)幾十米，在南極地區(qū)也具有很高的數(shù)據(jù)覆蓋度，因而成為當(dāng)前對(duì)南極進(jìn)行固定冰觀測(cè)的首選方式。

利用衛(wèi)星搭載SAR對(duì)南極固定冰的觀測(cè)，主要基于固定冰短時(shí)間內(nèi)在潮汐作用下只做輕微的垂向運(yùn)動(dòng)，而周邊浮冰在洋流、潮汐以及風(fēng)的作用下會(huì)產(chǎn)生明顯的水平運(yùn)動(dòng)特征。“我們使用20天內(nèi)觀測(cè)到的影像，計(jì)算它們的梯度差，固定冰區(qū)變化小梯度差也小，浮冰區(qū)變化大梯度差也很大，這樣可以有效地將固定冰與浮冰區(qū)分開。”李新情說。

對(duì)南極固定冰的總體分布及變化特征分析結(jié)果顯示，南極固定冰平均面積約為514.5平方千米，占總海冰面積的3%—4%，其中約70%分布于東南極沿岸。分析結(jié)果同時(shí)顯示，南極固定冰在空間分布上具有顯著的區(qū)域性差異，印度洋和太平洋扇區(qū)固定冰面積最大，占全南極固定冰范圍的60%。

程曉說，研究人員后續(xù)還將結(jié)合海洋、大氣等數(shù)據(jù)，更加深入地分析固定冰與外部環(huán)境之間的相互作用機(jī)制，獲取的固定冰數(shù)據(jù)集將有望應(yīng)用于大氣、海冰、海洋模式中，提高氣候模擬水平。(記者 陳 瑜)

關(guān)鍵詞： 固定冰