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摸清南極固定冰“家底”,不僅關乎企鵝繁殖和捕食
2020-04-01 07:43:14 來源: 科技日報
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  海冰是南極的一道亮麗風景,其中固定冰是南極海冰的重要組成部分。

  中山大學測繪科學與技術學院極地遙感團隊與國內外科研人員合作,基于高分辨率SAR(合成孔徑雷達係統)影像首次獲取了環南極長時間序列固定冰數據集,揭示了南極固定冰的時空分布、變化特徵及其與冰山的相互作用等。

  什麼是固定冰?為什麼要對固定冰分布進行測量?這些測量數據有什麼科研價值?記者就此採訪了相關專家。

  固定冰不會水平運動而是垂直運動

  按照世界氣象組織的定義,固定冰是指凍結于大陸或島嶼沿岸、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候開始生長,10月或11月范圍達到最大值。隨著南極春夏季節到來,除個別區域存在常年不化的多年固定冰外,大部分固定冰會融化或破碎。

  中山大學測繪科學與技術學院院長程曉教授告訴記者,通常情況下,固定冰會在較長時間內維持在某個固定位置,不會隨洋流或者風場發生水平運動,但會在潮汐、涌浪作用下做上下垂直運動。

  固定冰的分布受哪些因素影響?中山大學測繪科學與技術學院副院長惠鳳鳴教授表示,大型冰山的擱淺和漂移會導致固定冰的分布和范圍發生顯著變化。

  具體來説,一方面,大型冰山接地後會阻礙海冰運動,導致海冰堆積而逐漸形成固定冰,冰山漂離後,固定冰區就會消失;另一方面,當冰山距離海岸一定范圍內,在共同錨定作用下,兩者之間可以形成連續的固定冰冰區,隨著冰山漂移導致距離超過一定限度後,這種共同作用消失,固定冰范圍也會急劇減小。

  “我們通過與海底地形的數據對比發現,95%的固定冰分布在水深小于1000米的陸架區。”中山大學測繪科學與技術學院博士後李新情表示,固定冰的邊緣通常不會超過陸架坡折。隨著緯度的降低,水溫逐漸升高,也不利于形成並維持固定冰,全球范圍來看,緯度最低的結冰海域就是我國的內海渤海。

  李新情同時表示,沿岸地形地貌也是導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、冰架東側容易形成固定冰,沿岸向內陸凹陷的海灣也是固定冰容易形成的區域,比如我國中山站所在的普裏茲灣等。

  固定冰數據為南極研究提供重要支持

  為什麼要對固定冰的分布情況進行測量?據程曉解釋,準確的固定冰數據可以提高南極近岸區域海—冰—氣熱交換的評估精度,為冰架穩定性以及生態係統的研究提供重要的數據支持。

  同時,固定冰與很多近岸冰間湖的形成密切相關。冰間湖指的是達到結冰溫度的天氣下仍長期或較長時間保持無冰或僅被薄冰覆蓋的冰間開闊水域,是海洋動物換氣和覓食的“綠洲”。程曉説,固定冰發生變化時,會導致其下遊側冰間湖的范圍出現變化,進而對海洋動物的活動産生影響。

  為何使用SAR技術對全南極固定冰進行長時間觀測研究?程曉解釋,這是由南極特殊的地理位置和惡劣的自然環境決定的。

  理論上,光學遙感、微波輻射計、SAR都可用于固定冰的觀測,但光學遙感容易受到雲的影響,微波輻射計的空間分辨率太低,往往忽略了很多南極近岸幾公裏到十幾公裏尺度的固定冰,導致觀測結果誤差太大。而SAR能夠主動開展對地觀測,並具有一定的地表穿透能力,得到的影像不受雲和極夜的影響,且分辨率高達幾十米,在南極地區也具有很高的數據覆蓋度,因而成為當前對南極進行固定冰觀測的首選方式。

  利用衛星搭載SAR對南極固定冰的觀測,主要基于固定冰短時間內在潮汐作用下只做輕微的垂向運動,而周邊浮冰在洋流、潮汐以及風的作用下會産生明顯的水平運動特徵。“我們使用20天內觀測到的影像,計算它們的梯度差,固定冰區變化小梯度差也小,浮冰區變化大梯度差也很大,這樣可以有效地將固定冰與浮冰區分開。”李新情説。

  對南極固定冰的總體分布及變化特徵分析結果顯示,南極固定冰平均面積約為514.5平方千米,佔總海冰面積的3%—4%,其中約70%分布于東南極沿岸。分析結果同時顯示,南極固定冰在空間分布上具有顯著的區域性差異,印度洋和太平洋扇區固定冰面積最大,佔全南極固定冰范圍的60%。

  程曉説,研究人員後續還將結合海洋、大氣等數據,更加深入地分析固定冰與外部環境之間的相互作用機制,獲取的固定冰數據集將有望應用于大氣、海冰、海洋模式中,提高氣候模擬水平。(記者 陳 瑜)

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【糾錯】 責任編輯: 詹婧
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