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摸清南极固定冰“家底”,不仅关乎企鹅繁殖和捕食

来源:科技日报2020-04-01 10:09

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  海冰是南极的一道亮丽风景,其中固定冰是南极海冰的重要组成部分。

  中山大学测绘科学与技术学院极地遥感团队与国内外科研人员合作,基于高分辨率SAR(合成孔径雷达系统)影像首次获取了环南极长时间序列固定冰数据集,揭示了南极固定冰的时空分布、变化特征及其与冰山的相互作用等。

  什么是固定冰?为什么要对固定冰分布进行测量?这些测量数据有什么科研价值?记者就此采访了相关专家。

  固定冰不会水平运动而是垂直运动

  按照世界气象组织的定义,固定冰是指冻结于大陆或岛屿沿岸、冰架前端、浅滩或接地冰山周围的、不随风和洋流漂移的海冰。南极固定冰多为一年冰,在南极秋末冬初的时候开始生长,10月或11月范围达到最大值。随着南极春夏季节到来,除个别区域存在常年不化的多年固定冰外,大部分固定冰会融化或破碎。

  中山大学测绘科学与技术学院院长程晓教授告诉记者,通常情况下,固定冰会在较长时间内维持在某个固定位置,不会随洋流或者风场发生水平运动,但会在潮汐、涌浪作用下做上下垂直运动。

  固定冰的分布受哪些因素影响?中山大学测绘科学与技术学院副院长惠凤鸣教授表示,大型冰山的搁浅和漂移会导致固定冰的分布和范围发生显著变化。

  具体来说,一方面,大型冰山接地后会阻碍海冰运动,导致海冰堆积而逐渐形成固定冰,冰山漂离后,固定冰区就会消失;另一方面,当冰山距离海岸一定范围内,在共同锚定作用下,两者之间可以形成连续的固定冰冰区,随着冰山漂移导致距离超过一定限度后,这种共同作用消失,固定冰范围也会急剧减小。

  “我们通过与海底地形的数据对比发现,95%的固定冰分布在水深小于1000米的陆架区。”中山大学测绘科学与技术学院博士后李新情表示,固定冰的边缘通常不会超过陆架坡折。随着纬度的降低,水温逐渐升高,也不利于形成并维持固定冰,全球范围来看,纬度最低的结冰海域就是我国的内海渤海。

  李新情同时表示,沿岸地形地貌也是导致固定冰形成的重要因素。一般来讲,由海岸往外突出的地形或冰舌、冰架东侧容易形成固定冰,沿岸向内陆凹陷的海湾也是固定冰容易形成的区域,比如我国中山站所在的普里兹湾等。

  固定冰数据为南极研究提供重要支持

  为什么要对固定冰的分布情况进行测量?据程晓解释,准确的固定冰数据可以提高南极近岸区域海—冰—气热交换的评估精度,为冰架稳定性以及生态系统的研究提供重要的数据支持。

  同时,固定冰与很多近岸冰间湖的形成密切相关。冰间湖指的是达到结冰温度的天气下仍长期或较长时间保持无冰或仅被薄冰覆盖的冰间开阔水域,是海洋动物换气和觅食的“绿洲”。程晓说,固定冰发生变化时,会导致其下游侧冰间湖的范围出现变化,进而对海洋动物的活动产生影响。

  为何使用SAR技术对全南极固定冰进行长时间观测研究?程晓解释,这是由南极特殊的地理位置和恶劣的自然环境决定的。

  理论上,光学遥感、微波辐射计、SAR都可用于固定冰的观测,但光学遥感容易受到云的影响,微波辐射计的空间分辨率太低,往往忽略了很多南极近岸几公里到十几公里尺度的固定冰,导致观测结果误差太大。而SAR能够主动开展对地观测,并具有一定的地表穿透能力,得到的影像不受云和极夜的影响,且分辨率高达几十米,在南极地区也具有很高的数据覆盖度,因而成为当前对南极进行固定冰观测的首选方式。

  利用卫星搭载SAR对南极固定冰的观测,主要基于固定冰短时间内在潮汐作用下只做轻微的垂向运动,而周边浮冰在洋流、潮汐以及风的作用下会产生明显的水平运动特征。“我们使用20天内观测到的影像,计算它们的梯度差,固定冰区变化小梯度差也小,浮冰区变化大梯度差也很大,这样可以有效地将固定冰与浮冰区分开。”李新情说。

  对南极固定冰的总体分布及变化特征分析结果显示,南极固定冰平均面积约为514.5平方千米,占总海冰面积的3%—4%,其中约70%分布于东南极沿岸。分析结果同时显示,南极固定冰在空间分布上具有显著的区域性差异,印度洋和太平洋扇区固定冰面积最大,占全南极固定冰范围的60%。

  程晓说,研究人员后续还将结合海洋、大气等数据,更加深入地分析固定冰与外部环境之间的相互作用机制,获取的固定冰数据集将有望应用于大气、海冰、海洋模式中,提高气候模拟水平。(记者 陈 瑜)

[ 责编:赵宇豪 ]
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