极地中心极地冰雪与气候变化研究所在南极冰盖冰脊B区域地热通量研究方面取得新进展

      2015年中国第32次南极科学考察，我国构建的首个南极航空科考平台——“雪鹰601”投入运营。之后，依托“雪鹰601”科考平台，我国在冰脊B区域持续获取了宝贵的航空冰雷达数据（测线见图1），在国际上首次实现对该区域较为详细的航空调查，使得开展冰脊B区域地热通量模型及其冰芯年代研究成为可能。

图1 冰脊B航空冰雷达测线分布图

      本研究基于我国在冰脊B区域获取的航空冰雷达数据，首先，根据所有的临界冰厚计算冰底压力融点（Pressure Melting Point, PMP），进而通过热力学模型计算每个PMP位置对应的GHF。由于这些PMP的位置离散分布在冰脊B区域，所以使用克里金插值法对离散的GHF值进行插值，以获取初步的GHF模型。然后，引入团队前期提出的高准确性冰底干湿诊断方法（Lang et al., 2022），通过冰盖底部相对反射率计算、干湿阈值诊断和干湿过渡带提取，得到该区域的冰底干湿分布结果。由于区域内的冰下水体/冰下湖可以用来约束局部GHF的最小值，区域内的局部冰底干带可以用来约束局部GHF的最大值，因此，可以根据冰底干湿分布结果，对初步的GHF模型进行修正。本研究通过在初步的GHF模型中寻找与局部冰下干带和冰下水体约束的GHF值相矛盾的位置来找到修正点，自适应地修正初步的GHF模型。最后，对修正后的GHF数据集重新进行克里金插值，成功构建了5 km空间分辨率的冰脊B区域GHF模型（图2）。

图2 a)冰脊B区域GHF模型；b) 冰脊B区域干湿分布和压融点位置分布；c)新的GHF模型的不确定性

      新的GHF模型进一步提升了现有模型的空间分辨率（最高仅为10 km），其结果显示，冰脊B区域GHF呈现了较为明显的小尺度变化特征，其变化范围为48.5 ~ 65.1，证实了南极GHF在小范围内发生快速变化的可能性（图3）。冰脊B区域GHF的平均值为58 ，与现有模型在该区域的均值接近，证明了新的GHF模型的可靠性。      

图3 新的GHF模型(a)和现有模型(b-g)在冰脊B区域的结果对比

      2015年以来，依托首个南极航空科考平台“雪鹰601”，我国已累计完成7个年度、超过20万公里的南极冰盖大范围航空观测。研究团队持续致力于发展谱系化的自主冰雷达技术体系，构建高效、高质量的航空冰雷达数据处理、分析和解译方法，推动南极关键区域的航空科学调查，开展南极冰盖冰底环境、过程和冰盖不稳定性前沿研究。本研究是团队在南极冰底环境研究领域取得的又一重要进展，凸显了在南极寻找最古老冰以及开展冰下水文和地质学等研究时，必须将地热通量的小尺度变化纳入考虑的重要性，并将为上述研究提供关键支撑和重要依据。

      相关研究成果在线发表于国际冰川学会经典学术期刊Journal of Glaciology。论文通讯作者为中国极地研究中心（中国极地研究所）极地冰雪与气候变化研究所崔祥斌研究员，第一作者为北京工业大学信息学部稂时楠副教授。此外，中国极地研究中心（中国极地研究所）的孙波研究员、郭井学正高级工程师、李霖副研究员，中科院空天信息创新研究院刘小军研究员，同济大学的博士生王晓峰，北京工业大学的硕士生杨铭铸，美国斯克里普斯海洋研究所和德克萨斯大学地球物理学中心的Jamin Greenbaum研究员，英国埃克斯特大学的Martin Siegert教授，均参与了本研究工作。本研究得到了国家自然科学基金项目（No. 42376253）和上海市“科技创新行动计划”项目（No. 21ZR1469700）的资助。

相关论文：

Lang S, Yang M, Cui X*, et al. Geothermal heat flux of Ridge B region in Antarctica inferred from basal dry-wet distribution. Journal of Glaciology. Published online 2024:1-29, doi:10.1017/jog.2024.85

Lang, S., Yang, M., Cui, X.*, Li, L., Cai, Y., Liu, X., Guo, J., Sun, B. and Siegert, M., A Semi-Automatic Method for Predicting Subglacial Dry and Wet Zones through Identifying Dry-Wet Transitions, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing (2022), doi: 10.1109/TGRS.2022.3225628.

来源：中国极地研究中心（中国极地研究所）