楊全明

1.宿州學(xué)院環(huán)境與測繪工程學(xué)院,安徽 宿州 234000; 2.武漢大學(xué)中國南極測繪研究中心,湖北 武漢 430079

全球氣候與環(huán)境變化是影響南極冰蓋變化的重要因素之一。當(dāng)前全球氣候變暖不斷加劇,對南極冰蓋的穩(wěn)定造成了嚴(yán)重威脅,進(jìn)而影響到人類未來的生存與發(fā)展。因此研究南極冰蓋的定量變化,對于加深全球氣候變化認(rèn)識和預(yù)測未來全球海平面變化具有重要的現(xiàn)實意義。論文通過對前人的研究進(jìn)行總結(jié)和分析,針對在處理衛(wèi)星測高任務(wù)間偏差和升降軌道偏差方面存在的問題和不足,提出了NPF(novel plain fitting)解算模型。論文聯(lián)合Envisat和CryoSat-2數(shù)據(jù),通過NPF模型研究了近20年的南極冰蓋高程變化;同時,結(jié)合GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)對南極冰蓋同期的質(zhì)量變化進(jìn)行了分析;最后,利用ICA方法對厄爾尼諾-南方濤動(El Nio-southern oscillation,ENSO)、年代際太平洋濤動(interdecadal Pacific oscillation,IPO)、南半球環(huán)狀模式(southern Annular mode,SAM)和印度洋偶極子(Indian ocean dipole,IOD)進(jìn)行獨(dú)立成分分析,獲取了互相獨(dú)立的各個氣候因子成分。首次實現(xiàn)了氣候因子影響與人類活動直接影響的分離,估算出人類直接或間接活動造成的南極冰蓋質(zhì)量變化。具體研究內(nèi)容如下:

(1) 根據(jù)目前聯(lián)合多個衛(wèi)星測高任務(wù)研究長時序的冰蓋表面高程變化時,在處理衛(wèi)星測高任務(wù)間偏差和升降軌道偏差方面存在的問題和不足,論文提出了一種基于傳統(tǒng)平面擬合法改進(jìn)的新平面擬合解算(novel plain fitting,NPF)模型,該模型通過同時引入任務(wù)間偏差和升降軌道偏差參數(shù)以有效地消除任務(wù)間偏差和升降軌道偏差。首次實現(xiàn)不同測高衛(wèi)星任務(wù)的觀測數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的數(shù)學(xué)解算模型下進(jìn)行同步解算,并得到連續(xù)、自洽的冰蓋表面高程時間序列,以及不同測高衛(wèi)星任務(wù)間偏差和升降軌道偏差。

(2) 基于論文提出的NPF模型,聯(lián)合Envisat和CryoSat-2數(shù)據(jù),提取了2002年5月—2019年4月期間空間分辨率達(dá)到千米的月均南極冰蓋表面高程和冰蓋體積變化時間序列,該時間序列呈現(xiàn)出較好的連續(xù)、自洽特征,克服了當(dāng)前多測高衛(wèi)星估算的長時間序列連續(xù)性、自洽性不好的問題。

(3) 采用經(jīng)驗正交函數(shù)(empirical orthogonal function,EOF)、經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(empirical mode decomposition,EMD)等數(shù)據(jù)分析方法,對南極冰蓋表面高程、表面物質(zhì)平衡和質(zhì)量變化等時間序列進(jìn)行時空分析,最終發(fā)現(xiàn)氣候因子是造成南極冰蓋變化存在年際周期變化特征的主要因素。

(4) 針對當(dāng)前國內(nèi)外缺乏氣候因子對南極冰蓋變化影響研究的現(xiàn)狀,論文通過對氣候因子與南極冰蓋變化的相關(guān)性研究,使用獨(dú)立成分分析(independent component analysis,ICA)方法首次實現(xiàn)了南極冰蓋變化中氣候因子影響(人類間接活動的影響)與人類活動直接影響的分離,并發(fā)現(xiàn)在2002—2017年期間,氣候因子是造成南極冰蓋質(zhì)量損失加速的主要原因,而人類活動的直接影響對南極冰蓋質(zhì)量損失加速貢獻(xiàn)較小。