当前，预测南极冰盖对全球海平面上升影响的最大不确定因素来自于冰盖底部，特别是控制冰盖运动的冰岩界面属性，而南极冰盖冰底环境的观测研究主要依靠冰雷达技术和雷达冰川学学科。

冰下地形和冰厚是模式评估预测南极冰盖物质平衡及其对海平面影响的基本输入参数，其空间分辨率和精度直接影响模式的输出结果。冰下地形还控制着冰下水流路径、冰底滑动和冰流运动，冰下地形的细节与冰盖运动及其不稳定性密切相关，其差异直接反映了冰盖在气候变暖情形下的敏感性和脆弱程度。因此，发展区域或大陆尺度的精细化冰下地形和冰厚数值模型，对于认识冰盖演化及其动力学特征有着重要意义，在寻找最古老冰芯位置、揭示冰盖动力学突变及其不稳定性等方面尤为必要。2015年以来，依托我国南极考察首架固定翼飞机——“雪鹰601”航空科考平台（图1），围绕南极最大、也是最后的数据空白区——伊丽莎白公主地，完成了5个年度、近18万公里航空冰雷达探测（图1）。基于冰雷达观测得到的冰厚数据，运用最先进的模型方案，构建了空间分辨率达到500m的精细冰厚和冰下地形高程数值模型，首次揭示了该区域冰下地形地貌，特别是发现大量对冰盖不稳定性有重要影响的地形特征（图2）。数据产品已被国际新一代BedMachine Antarctica和Bedmap 3计划作为核心贡献收录。

图1 我国南极航空科学观测平台“雪鹰601”（上图）和航空测线覆盖区域（下图，白色框内为伊丽莎白公主地）

图2 新生成的东南极伊丽莎白公主地冰下地形

冰床粗糙度用于定量刻画冰下地形地貌特征，是冰岩界面属性与冰盖运动相互作用的直接结果。了解冰床粗糙度及其空间变化，有助于深入认识冰岩界面属性，进而推动模式提升海平面上升预测的准确性。不过，过去常用的谱域双参数粗糙度刻画方法，在通过傅里叶变化将冰下地形时域信息转换为谱域信息过程中，由于必须选择“固定时窗”，在量化粗糙度方面存在尺度上的限制，导致明显的冰床粗糙度刻画不准确问题。为解决这一问题，我们提出了一种新的谱域自适应多尺度双参数冰床粗糙度刻画方法（图3），实现了更准确有效的冰床粗糙度特征刻画。

图 3 谱域自适应多尺度双参数冰床粗糙度方法流程图

我们使用质心反演算法和一维稳态热传导方程，计算了伊丽莎白公主地区域的等温居里面深度以及冰下地表热流 。研究表明（图4），从雷达数据中量化基岩粗糙度可以改进冰盖在大陆范围的底部粗糙度描述以及将这些信息纳入冰流模型铺平了道路。

图17东南极伊丽莎白公主地等温居里面新结果（上图，左图为过去结果，右图为新结果）以及冰底地热通量计算结果（下图，左右图同上）

相关论文：

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