南極冰蓋地形數(shù)據(jù)庫(kù)BEDMAP 2述評(píng)

陳昀 孫波 劉春 崔祥斌 王甜甜

0 引言

南極冰蓋是全球氣候系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)地球表面能量、物質(zhì)交換和海平面變化都有著重要影響。冰厚和冰下地形作為冰蓋模型基本的輸入?yún)?shù)與邊界條件，對(duì)于預(yù)測(cè)冰蓋演化和冰流變化意義重大［1］，只有獲取到準(zhǔn)確的冰蓋厚度與冰下地形，才能使冰蓋研究更加定量化、全面化。然而獲取整個(gè)南極大陸的冰蓋信息并不容易，而且各種探測(cè)項(xiàng)目獲得的數(shù)據(jù)之間也存在著不一致性。因此，獲得準(zhǔn)確的冰蓋數(shù)據(jù)并對(duì)這些數(shù)據(jù)加以合適的處理成為了南極冰蓋研究中的關(guān)鍵性問題。

對(duì)于南極冰蓋研究，大面積甚至覆蓋整個(gè)南極的冰蓋數(shù)據(jù)集是十分重要的。經(jīng)過長(zhǎng)期對(duì)南極冰蓋探測(cè)以及各類數(shù)據(jù)處理方面的積累，逐漸形成了系統(tǒng)的一些數(shù)據(jù)集，例如SPRI（英國(guó)的斯科特極地研究所）-NSF（美國(guó)科學(xué)基金會(huì)）-TUD（丹麥技術(shù)大學(xué)）數(shù)據(jù)庫(kù)［2-3］以及21世紀(jì)初期發(fā)布的第一代南極冰下制圖計(jì)劃（BEDMAP 1）數(shù)據(jù)庫(kù)［4］，這些數(shù)據(jù)庫(kù)為極地冰蓋物質(zhì)平衡和全球氣候變化的研究提供了大量的數(shù)據(jù)來源。隨著對(duì)南極冰蓋的繼續(xù)探測(cè)以及探測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鑒于2001年發(fā)布的BEDMAP 1在數(shù)據(jù)精度、數(shù)據(jù)覆蓋等方面已顯得落后，數(shù)據(jù)之間也存在一些無法解決的矛盾，因此英國(guó)南極局在BEDMAP 1的基礎(chǔ)之上于2013年推出了BEDMAP 2（http：∥www.antarctica.ac.uk／bas＿research／our＿research／az／bedmap2／index.php）［5］。

BEDMAP 2包含了BEDMAP 1中大部分現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)，增加了大量最新的冰雷達(dá)和重磁測(cè)量結(jié)果，特別是在第四次國(guó)際極地年（IPY）期間開展的大型國(guó)際南極冰蓋調(diào)查計(jì)劃，并且基于最新的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理方法，BEDMAP 2改進(jìn)了冰蓋表面高程數(shù)據(jù)，在分辨率、數(shù)據(jù)覆蓋和質(zhì)量保證等諸多方面都有提升。BEDMAP 2的數(shù)據(jù)成果對(duì)于冰蓋研究有著巨大促進(jìn)作用，而且其總結(jié)的數(shù)據(jù)處理方式為科學(xué)研究提供了借鑒與幫助。本文主要總結(jié)了BEDMAP 2中各類數(shù)據(jù)來源、其處理的采用方式以及質(zhì)量評(píng)價(jià)，并對(duì)BEDMAP 2的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

1 BEDMAP 2數(shù)據(jù)

1.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與組成

BEDMAP 2的數(shù)據(jù)來源相對(duì)于BEDMAP 1獲得了大幅度擴(kuò)展。自BEDMAP 1建立以來，各類針對(duì)冰厚的南極冰蓋實(shí)地探測(cè)項(xiàng)目不斷展開，南極甘伯采夫地區(qū)探測(cè)計(jì)劃（AGAP）［6］使用冰雷達(dá)與地震測(cè)深對(duì)東南極Gamburtsev山以及Lambert冰川盆地地區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的冰厚探測(cè)，國(guó)際氣候與環(huán)境變化評(píng)估項(xiàng)目（ICECAP）［7］也間接地對(duì)東南極進(jìn)行了探測(cè)，冰橋項(xiàng)目（IceBridge）［8］利用機(jī)載遙感，獲得了西南極以及南極半島大部分區(qū)域的冰蓋表面高程以及冰蓋厚度。在國(guó)際橫穿南極計(jì)劃（ITASE）［9］中，中國(guó)南極科學(xué)考察隊(duì)（CHINARE）對(duì)中山站至Dome A斷面和Dome A區(qū)域進(jìn)行了冰蓋探測(cè)［10］；除此之外，在東南極 Coats Land［11］、Amundsen Sea［12-13］以 及Dronning Maud Land［14］等一些較小區(qū)域也進(jìn)行了冰雷達(dá)探測(cè)。這些高精度冰厚測(cè)量數(shù)據(jù)是BEDMAP 2相對(duì)于BEDMAP 1質(zhì)量提升的最主要數(shù)據(jù)來源，其數(shù)據(jù)量擴(kuò)大了10倍。

BEDMAP 2不僅添加了冰蓋現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)，而且隨著探測(cè)方式與技術(shù)的發(fā)展，南極大陸的航空與衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)也獲得大幅度增加。冰、云和陸地高程衛(wèi)星（ICESat）［15］等激光測(cè)高衛(wèi)星為南極大部分區(qū)域帶來了新的冰蓋表面高程信息，并同地球資源衛(wèi)星（ERS）等測(cè)高衛(wèi)星數(shù)據(jù)相互整合以產(chǎn)生完整的冰蓋與冰架 DEM。重力反演與氣候?qū)嶒?yàn)衛(wèi)星（GRACE）、地球重力場(chǎng)和海洋環(huán)流探測(cè)衛(wèi)星（GOCE）［16］等重力衛(wèi)星的發(fā)射使得由重力轉(zhuǎn)化得到的南極冰蓋厚度更加精確。除了上述的冰蓋探測(cè)，海洋測(cè)深工作也在繼續(xù)進(jìn)行，得到了大量測(cè)深數(shù)據(jù)，如新的大洋水深圖（GEBCO）柵格數(shù)據(jù)［17］。

最終這些研究工作獲得的所有新數(shù)據(jù)都被BEDMAP 2收集并加以利用，并同BEDMAP 1中保存的一部分冰蓋測(cè)量數(shù)據(jù)以及已有的一些記錄資料相結(jié)合，構(gòu)成了BEDMAP 2的原始數(shù)據(jù)。其最終成果同BEDMAP 1一樣，含有冰蓋表面高程、冰厚、基巖高程三類柵格數(shù)據(jù)，分辨率則從5 km提升到了1 km，并且覆蓋范圍擴(kuò)展到了60°S。BEDMAP 2整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 BEDMAP 2數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（灰色部分為成果）Fig.1.The structure of BEDMAP 2（the grey parts are achievements）

BEDMAP 2冰厚數(shù)據(jù)來源較多，陸地冰蓋地區(qū)大部分由冰雷達(dá)、地震測(cè)深等直接測(cè)量數(shù)據(jù)組成，而在沒有進(jìn)行此類測(cè)量的區(qū)域使用衛(wèi)星重力轉(zhuǎn)化的冰厚替代，冰架部分則使用衛(wèi)星雷達(dá)測(cè)高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到的厚度。除此之外，裸露基巖區(qū)直接使用零厚度來定義，而離裸露基巖區(qū)域較近且離測(cè)量區(qū)域較遠(yuǎn)時(shí)加入了人工合成的數(shù)據(jù)。最終集成了以上所有的冰厚數(shù)據(jù)處理并柵格化得到南極大陸的冰厚柵格。

冰蓋表面高程的處理利用了許多已有的冰蓋表面DEM。BEDMAP 2在內(nèi)陸冰蓋絕大部分的平坦地區(qū)統(tǒng)一使用Bamber等［18］利用衛(wèi)星測(cè)高制作的DEM，而在山區(qū)使用表現(xiàn)更好的俄亥俄州州立大學(xué)DEM（OSU DEM）［19］來進(jìn)行補(bǔ)充。冰架部分則使用了機(jī)載雷達(dá)測(cè)高或者ICESat數(shù)據(jù)獲取的表面DEM。同冰厚數(shù)據(jù)一樣，最終得到了整個(gè)南極大陸的冰蓋表面高程?hào)鸥駭?shù)據(jù)。

冰下基巖高程?hào)鸥駭?shù)據(jù)是由冰蓋表面數(shù)據(jù)和冰厚數(shù)據(jù)合成得到；除此之外，BEDMAP 2中還加入了大量的海洋測(cè)深和冰架之下的水深數(shù)據(jù)［20］，據(jù)此最終得到了60°S以南整個(gè)南極大陸與海洋無縫的地形柵格。

1.2 BEDMAP 2數(shù)據(jù)處理

BEDMAP 2包含多種來源的數(shù)據(jù)，而各種數(shù)據(jù)之間存在著不一致性，需要對(duì)每種數(shù)據(jù)進(jìn)行特定處理。BEDMAP 2統(tǒng)一使用了GL04C大地水準(zhǔn)面作為其高程基準(zhǔn)，接地線則使用MODIS影像和SAR數(shù)據(jù)來定義，柵格化中使用基于WGS84坐標(biāo)系的極正射投影，最終三類柵格數(shù)據(jù)的分辨率均為1 km。

1.2.1 冰厚數(shù)據(jù)

冰雷達(dá)、地震測(cè)深等測(cè)量方式可以直接得到冰厚，這類數(shù)據(jù)覆蓋了陸地冰蓋的大部分地區(qū)。大部分測(cè)量數(shù)據(jù)都經(jīng)過了高精度GPS的校正，因此除了明顯錯(cuò)誤外并不作其他改正。考慮到低密度或大量的降雪，大部分的測(cè)量數(shù)據(jù)都用作了積雪校正計(jì)算，BEDMAP 2中保留的BEDMAP 1中的測(cè)量數(shù)據(jù)由于采集時(shí)間較早，因此都假設(shè)這些數(shù)據(jù)是理想?yún)^(qū)域內(nèi)采集的，不作均值化處理。除了Pine Island冰川這些少數(shù)變化較快的區(qū)域外，BEDMAP 2并沒有考慮冰蓋變化的影響，所以這些測(cè)量數(shù)據(jù)的獲得日期并不加以考慮。

當(dāng)離最近的冰厚測(cè)量區(qū)域超過50 km時(shí)，內(nèi)陸冰蓋冰厚則由衛(wèi)星重力場(chǎng)數(shù)據(jù)如GRACE［21］衛(wèi)星數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化來得到。衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)需要通過重力地形轉(zhuǎn)化參數(shù)（GTCF）來估計(jì)冰厚，計(jì)算GTCF采用了一個(gè)涵蓋到巖床距離、基巖形態(tài)、巖石密度等變量的函數(shù)［22］。將GTCF與衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并加上測(cè)量誤差得到了該區(qū)域的冰厚。

對(duì)于冰架部分，BEDMAP 2使用 Griggs等［23］利用衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)集通過靜水力學(xué)原理獲得的厚度，并對(duì)接地線一定區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行排除以減少誤差。對(duì)于這些排除區(qū)域，使用機(jī)載雷達(dá)數(shù)據(jù)來進(jìn)行補(bǔ)充，并計(jì)算兩種數(shù)據(jù)之間的差異來統(tǒng)一調(diào)整冰架厚度，使最終的冰架厚度與鄰近的陸地冰蓋厚度保持一致。在上述兩種數(shù)據(jù)差異較大的一些區(qū)域，則直接使用了機(jī)載雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的厚度來進(jìn)行柵格化。

除了以上主要的數(shù)據(jù)之外，對(duì)于冰厚分布不均又缺少精確測(cè)量數(shù)據(jù)的小塊區(qū)域，目前常用的辦法是通過冰蓋模型人工添加一些數(shù)據(jù)，如Garry等［24］提出的利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法計(jì)算冰下地形和冰川體積。當(dāng)遠(yuǎn)離冰厚測(cè)量區(qū)域并距離裸露基巖不超過10 km時(shí)BEDMAP 2使用了“薄冰模型”，這種模型在山區(qū)可以產(chǎn)生密集的冰厚數(shù)據(jù)以形成柵格。

冰雪數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后需要進(jìn)行插值并柵格化。對(duì)于BEDMAP 2而言，數(shù)據(jù)量的大量增長(zhǎng)需要選擇更合適的內(nèi)插算法。不同于BEDMAP 1中使用的反距離加權(quán)算法，BEDMAP 2使用的是ArcGIS的Topogrid程序，以專業(yè)化數(shù)字高程模型插值（ANUDEM）［25］算法為核心。柵格化后平坦地區(qū)冰厚實(shí)際分辨率為5 km的柵格，復(fù)雜地形地區(qū)則為1 km，最終全部用1 km分辨率進(jìn)行渲染。

1.2.2 冰蓋表面高程數(shù)據(jù)

BEDMAP 2中的表面高程數(shù)據(jù)處理，不僅使用了最近的遙感數(shù)據(jù)制作的冰蓋表面DEM，而且也利用一些以前的DEM，盡管它們?cè)谫|(zhì)量、精確度和一致性方面參差不齊。

Bamber等［18］使用衛(wèi)星測(cè)高制作的DEM覆蓋了大部分區(qū)域，BEDMAP 2直接加以使用，但是它在復(fù)雜地形（如基巖裸露多的區(qū)域）則表現(xiàn)不佳，對(duì)于這類多山的地區(qū)，BEDMAP 2使用了OSU DEM來補(bǔ)充，這個(gè)DEM為這些山區(qū)提供了更加詳細(xì)的高程數(shù)據(jù)。在一些海岸山區(qū)，BEDMAP 2主要利用采樣良好的ICESAT數(shù)據(jù)［26］制作的DEM，同時(shí)使用了其他一些遙感手段獲得的DEM來增強(qiáng)這些區(qū)域的表現(xiàn)。

在冰架上，衛(wèi)星雷達(dá)測(cè)高得出的DEM繼續(xù)被使用，但同時(shí)加入了一些ICESAT的數(shù)據(jù)修正。在這類數(shù)據(jù)無法和MODIS影像相匹配的某些區(qū)域，BEDMAP 2則完全使用ICESAT數(shù)據(jù)進(jìn)行柵格化。

為了保證冰蓋表面地形的平穩(wěn)過渡，柵格化前相鄰數(shù)據(jù)集之間設(shè)置了10 km的無數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，而緩沖區(qū)內(nèi)存在的原始數(shù)據(jù)都被刪除。經(jīng)過這樣處理后最終得到了整個(gè)南極大陸無縫的、分辨率為1 km的冰面高程?hào)鸥駭?shù)據(jù)。

1.2.3 冰下基巖高程

冰下基巖高程最終由表面高程和冰厚兩種數(shù)據(jù)相減來得到。由于地形復(fù)雜度的不同，冰蓋厚度存在兩種分辨率的柵格數(shù)據(jù)，與表面高程?hào)鸥穹直媛什⒉灰欢ㄏ嗤?，因此在處理前冰蓋厚度都轉(zhuǎn)化為了點(diǎn)數(shù)據(jù)集。在遠(yuǎn)離裸露基巖的平坦區(qū)域，表面高程?hào)鸥穹直媛蕿? km、而冰厚柵格分辨率為5 km，通過表面高程減去該地區(qū)冰厚數(shù)據(jù)點(diǎn)，進(jìn)而生成分辨率為1 km的基巖高程?hào)鸥?。在離裸露基巖10 km以內(nèi)的地形復(fù)雜區(qū)域，薄冰模型產(chǎn)生的合成冰厚分辨率提升到了1 km，基巖高程同樣由冰蓋表面高程減去這些冰厚點(diǎn)來得到。在大面積的裸露基巖區(qū)域，由于冰厚被定義為零，所以其冰厚被直接移除而基巖高程則被冰蓋表面高程代替。這三類不同地形的基巖高程數(shù)據(jù)最終組成了整個(gè)南極大陸的冰下地形柵格。

得到的冰下基巖柵格同測(cè)深柵格數(shù)據(jù)合并，最終組成了一個(gè)無縫的冰下基巖與海底巖床分辨率為1 km的柵格，其范圍擴(kuò)展到了60°S，圖2為ArcGIS制作的完整地形圖。

圖2 BEDMAP 2冰下基巖與海床高程圖Fig.2.BEDMAP 2 ice bed and sea bed elevation grid

2 質(zhì)量評(píng)價(jià)

各種途徑獲取的冰蓋信息其數(shù)據(jù)精度并不一致，而且在柵格化、插值方面都有著不確定性，這些因素導(dǎo)致的誤差最終都會(huì)在結(jié)果中積累。主要的誤差包括兩大類：數(shù)據(jù)中的誤差與插值柵格化導(dǎo)致的誤差。

2.1 數(shù)據(jù)中的誤差

BEDMAP 2冰蓋表面柵格主要引用已有的DEM，其誤差大小由原始DEM決定，一般平坦地區(qū)的誤差估計(jì)在30 m左右，而山區(qū)則高達(dá)130 m。

對(duì)于冰厚的直接測(cè)量數(shù)據(jù)誤差分析，Rippin等人［27］的交叉驗(yàn)證法被廣泛應(yīng)用，主要通過統(tǒng)計(jì)不同測(cè)線相交位置上冰厚的絕對(duì)差值或者均方根差實(shí)現(xiàn)［28］。BEDMAP 2所有的雷達(dá)測(cè)線交叉點(diǎn)分析得到的標(biāo)準(zhǔn)差是±51.2 m。但實(shí)際上交叉分析的值明顯并不符合正態(tài)分布，少數(shù)值數(shù)倍于標(biāo)準(zhǔn)差而大部分值在標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)，實(shí)際上誤差中值僅為－1 m。

和冰雷達(dá)等測(cè)量方式相比，重力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化得到的冰厚則誤差大得多，其只能得到相對(duì)平坦的冰厚而無法表現(xiàn)復(fù)雜地形。與雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)相比，BED-MAP 2中重力得到的冰厚數(shù)據(jù)誤差最高達(dá)到了1 000 m。冰架部分厚度誤差由衛(wèi)星測(cè)高誤差與模型轉(zhuǎn)化兩個(gè)因素決定，大部分地區(qū)估計(jì)大概在100 m左右，一些區(qū)域達(dá)到了150m。除此之外，而對(duì)于裸露基巖附近人工添加的合成數(shù)據(jù)，誤差一般相當(dāng)于鄰近冰川內(nèi)插數(shù)據(jù)的誤差，這個(gè)值大概在300 m左右。

2.2 插值柵格化導(dǎo)致的誤差

插值柵格化帶來的誤差主要體現(xiàn)在冰厚方面，南極大陸冰厚測(cè)量數(shù)據(jù)覆蓋稀少而且分布不均勻，BEDMAP 2柵格化后，僅有34%的單元格擁有直接測(cè)量數(shù)據(jù)，柵格化誤差由兩個(gè)因素組成，分別是：（1）單元格匹配數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的誤差；（2）數(shù)據(jù)外推帶來的誤差。

BEDMAP 2每個(gè)單元格為1 km2。因此在一些地形起伏劇烈的區(qū)域?yàn)槊總€(gè)單元格匹配數(shù)據(jù)就會(huì)造成較大的誤差，一般絕對(duì)誤差值在28—140 m，在Gamburtsev山等坡度較陡的地方有著最大的柵格化誤差，一些情況下冰厚誤差甚至超過了1 000 m。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，34%的柵格匹配數(shù)據(jù)誤差為140 m左右，而大多數(shù)在50 m左右。

進(jìn)行數(shù)據(jù)外推時(shí)，離最近數(shù)據(jù)點(diǎn)在20 km以內(nèi)誤差會(huì)隨著距離增大而增長(zhǎng)，該范圍內(nèi)最終誤差中位值在100—260 m，超過20 km，誤差變得與距離關(guān)系不大，最終誤差中位值為130—300 m，地形起伏大的區(qū)域仍會(huì)出現(xiàn)較大誤差，在一些沒有調(diào)查數(shù)據(jù)的山谷，最大誤差為1 800 m。

總的來說，BEDMAP 2柵格化后，其中66%的單元格估計(jì)會(huì)有300 m的誤差，而其余的大多數(shù)在200 m左右。最終柵格化后所有誤差都會(huì)在冰下地形柵格中積累，由于數(shù)據(jù)的覆蓋與精度不同，不同地區(qū)的冰下地形誤差相差很大，估計(jì)的誤差分布如圖3所示。

圖3 不同地區(qū)冰下地形誤差分布［5］Fig.3.The geographical distribution of uncertainty in bed elevation grid［5］

3 數(shù)據(jù)特點(diǎn)與應(yīng)用

3.1 BEDMAP 2的特點(diǎn)

相對(duì)于BEDMAP 1，BEDMAP 2添加了許多最新的冰蓋信息數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)接地線進(jìn)行了修改。它的數(shù)據(jù)覆蓋面積得到了量的提升，而且其地形表現(xiàn)的準(zhǔn)確性同樣有著很大提高，與其他已有數(shù)據(jù)之間的矛盾也得到基本解決。以前許多推測(cè)的冰下地形現(xiàn)在已經(jīng)可以清楚地識(shí)別出來，譬如，可以分辨出東南極一條寬且深的槽谷，蘭伯特東部裂谷也清晰可見。經(jīng)過重新處理與繪制，東南極Coats Land和Gamburtsev山等區(qū)域相對(duì)于BEDMAP 1其變化最大甚至超過了500 m。

與BEDMAP 1相比，BEDMAP 2中計(jì)算的整體冰雪體積增加了3.2%，但是冰下基巖平均高程也下降了72.4 m，處于海平面以下的冰蓋其面積和體積分別增長(zhǎng)了10%與23%，這主要體現(xiàn)在東南極。南極冰蓋對(duì)海平面上升的潛在影響也在略微增加，在BEDMAP 1中這個(gè)值是57 m，而BEDMAP 2則是58 m。除此之外，BEDMAP 2還揭示了一些海拔極低的巖床，BEDMAP 1中發(fā)現(xiàn)的基巖高程最低點(diǎn)距離海平面2 496 m，而在BEDMAP 2中，這個(gè)值超過了2 500 m。

盡管BEDMAP 2的數(shù)據(jù)覆蓋獲得提升，但是在陸地冰蓋方面，仍有兩個(gè)大的沒有冰厚直接測(cè)量數(shù)據(jù)與冰下地形詳細(xì)信息的區(qū)域，一個(gè)位于Recovery冰川和Support Force冰川之間，另一個(gè)則位于Princess Elizabeth Land，這些地區(qū)使用衛(wèi)星重力數(shù)據(jù)得到的冰厚并不可靠。在地形起伏劇烈的區(qū)域，一些地形特點(diǎn)（如凹槽）并沒有得到很好的表現(xiàn)，與真實(shí)情況可能相差數(shù)百米，同時(shí)在冰厚較大的區(qū)域，由于雷達(dá)波衰減，獲得的冰厚容易被低估。因此在使用這些不夠準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的時(shí)候需要盡量謹(jǐn)慎。

3.2 BEDMAP 2應(yīng)用

BEDMAP 1是首個(gè)完整展示南極冰厚與冰下地形的數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)了地質(zhì)學(xué)、冰川模型、地球物理等一些科學(xué)領(lǐng)域的研究，而BEDMAP 2在它的基礎(chǔ)上又有了巨大的提升。作為覆蓋了整個(gè)南極大陸的數(shù)據(jù)集，BEDMAP 2使得我們對(duì)整個(gè)南極冰蓋及冰下地形的理解有著很大提升，甚至揭示了一些未被發(fā)現(xiàn)的冰川與巖床資料。這對(duì)此后進(jìn)行的南極冰蓋探測(cè)具有重要的指導(dǎo)意義，后續(xù)開展的南極探測(cè)也必將更多地圍繞一些BEDMAP 2中調(diào)查資料稀少的地區(qū)進(jìn)行。

BEDMAP 2清晰展示了南極大陸絕大部分區(qū)域的冰下地貌，冰下地貌本身反映了其早期的演化過程，結(jié)合冰蓋動(dòng)力、冰芯及積累率等因素，能夠反演整個(gè)冰蓋在各個(gè)時(shí)期的演變。Siegert等［29］曾經(jīng)通過不同地區(qū)的冰下地形分析了南極各自區(qū)域的冰蓋演化，并總結(jié)了這些冰下地形在演變中的影響，現(xiàn)在這些區(qū)域如Gamburtsev冰下山脈，在BEDMAP 2中增加了大量新的冰下地貌信息，作為南極冰蓋演化的發(fā)源地之一［30］，其冰蓋發(fā)展及演化過程會(huì)繼續(xù)研究并最終得到數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

除了冰蓋演化，BEDMAP 2還能夠促進(jìn)冰蓋不穩(wěn)定性與冰流研究，冰下地形同冰蓋不穩(wěn)定性之間的關(guān)系主要由冰床粗糙度表現(xiàn)出來，而冰床粗糙度主要是通過冰下基巖高程進(jìn)行快速傅里葉變換得來［31］。冰流發(fā)育的地方冰床粗糙度較小，而冰脊、冰穹下的冰床粗糙度較大［32］。對(duì)于研究整個(gè)南極不同地區(qū)的冰流與冰下地形、冰厚的關(guān)系，BEDMAP 2提供的冰下地形資料是不可或缺的。

南極冰蓋體積是對(duì)計(jì)算冰蓋與海洋之間物質(zhì)平衡的重要參數(shù)，BEDMAP 2重新計(jì)算了整個(gè)南極冰蓋的體積，相對(duì)于以往的統(tǒng)計(jì)，冰蓋體積有了明顯的增長(zhǎng)，同時(shí)也揭示出在海平面以下存在著更多的冰，這些冰在未來一段時(shí)間里其容量增加將會(huì)很容易受到海洋流動(dòng)的影響。這些發(fā)現(xiàn)使得南極冰蓋和海洋物質(zhì)平衡的關(guān)系可以得到準(zhǔn)確的計(jì)算。

總而言之，對(duì)于南極冰蓋的研究需要更多的數(shù)據(jù)分析來進(jìn)行量化，而BEDMAP 2的出現(xiàn)則為這些研究提供了一個(gè)關(guān)鍵的數(shù)據(jù)來源。

4 結(jié)論與展望

南極冰蓋對(duì)全球氣候與海平面上升的潛在貢獻(xiàn)巨大，加強(qiáng)對(duì)南極冰厚與冰下地形的探測(cè)與影響作用研究則具有重要意義。BEDMAP 2數(shù)據(jù)庫(kù)的出現(xiàn)，將為南極冰下地形、地貌以及冰蓋的動(dòng)力和物質(zhì)平衡研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。

雖然中國(guó)南極科學(xué)考察中，基于不同的科學(xué)目標(biāo)，先后沿中山站—昆侖站斷面以及在昆侖站區(qū)域進(jìn)行了三次冰雷達(dá)探測(cè)，但多為二維的斷面觀測(cè)［33］；且雷達(dá)測(cè)線覆蓋范圍非常有限，導(dǎo)致區(qū)域性的冰蓋模式無法獲取所需的參數(shù)和邊界條件。這極大地限制了冰蓋動(dòng)力機(jī)制及其過程的研究?！笆濉逼陂g，中國(guó)將基于中山站和昆侖站進(jìn)一步開展大范圍、深入的極地專項(xiàng)考察項(xiàng)目，包括冰蓋表面遙感、冰流運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、冰蓋物質(zhì)平衡觀測(cè)和冰芯分析等，將在中山站至昆侖站區(qū)域取得大量的冰蓋觀測(cè)資料和結(jié)果，獲得東南極冰蓋-冰架系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的諸多特征參量。這樣，結(jié)合BEDMAP 2數(shù)據(jù)庫(kù)和冰蓋模式，可以更好、更深入地揭示研究區(qū)域的冰面、冰層和冰底的多種過程，為研究和評(píng)估東南極Lambert冰川流域的動(dòng)力過程及其對(duì)海平面和氣候的影響作出貢獻(xiàn)。

此外，值得注意的是，盡管BEDMAP 2冰厚與冰下地形數(shù)據(jù)覆蓋了南極大陸的大部分地區(qū)，但同時(shí)也表現(xiàn)出了一些大的數(shù)據(jù)盲區(qū)，特別是毗鄰Lambert冰川的Princess Elizabeth Land，缺少的數(shù)據(jù)使得該地區(qū)對(duì)于Lambert冰川甚至整個(gè)南極大陸物質(zhì)平衡的作用尚不明確。在以后的中國(guó)南極科學(xué)考察中，很有可能針對(duì)此區(qū)域進(jìn)行機(jī)載冰雷達(dá)探測(cè)。

由于BEDMAP 2冰下地形分辨率的限制，對(duì)于凹槽與凸起等地形變化復(fù)雜的區(qū)域仍然無法很好地表現(xiàn)。隨著冰蓋研究的推進(jìn)，百米級(jí)甚至十米級(jí)的高分辨率數(shù)據(jù)是迫切需要的，因此對(duì)于Lambert冰川流域進(jìn)行更多小尺度區(qū)域的觀測(cè)也是中國(guó)南極內(nèi)陸科學(xué)考察未來發(fā)展重點(diǎn)之一。同時(shí)，一些新技術(shù)比如合成孔徑雷達(dá)（SAR）［34］的發(fā)展并更多地運(yùn)用在冰下地形探測(cè)中，必將提升Lambert冰川局部地區(qū)的冰下地形分辨率。

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