發(fā)布時間：2019-07-24 14:09

【摘要】：全球氣候問題與人類的生產(chǎn)生活息息相關(guān),長期以來全球氣候變化一直備受關(guān)注,然而對于引起全球氣候變暖的原因以及將來全球氣候變化的趨勢目前還存在許多不確定性。極區(qū)環(huán)境不受人類活動的直接干擾,能夠真實的反映全球氣候變化,并且可以反作用于全球氣候。全球氣候變暖促進了冰蓋、冰架以及海冰的消融作用；而冰蓋、冰架和海冰的消融不僅會導(dǎo)致全球平均海平面上升,也會影響全球水汽環(huán)流。因此極地的研究與全球氣候變化的響應(yīng)具有重要的研究意義。盡管如此,極區(qū)惡劣的氣候環(huán)境嚴(yán)重妨礙了人類對南北兩極的探索研究,而測高衛(wèi)星的出現(xiàn)使得人類不需要親自到達極區(qū)也可以通過衛(wèi)星對極區(qū)進行觀測研究,很好地克服了極區(qū)惡劣的自然條件帶給人類的困難。ICESat衛(wèi)星是第一顆針對極區(qū)的激光雷達測高衛(wèi)星,相比于其他雷達測高衛(wèi)星,ICESat對地表雪層沒有穿透性,能夠直接得到冰雪表面高程信息,并且地面腳點直徑較小,測量精度高。ICESat測高衛(wèi)星能夠為極區(qū)的科學(xué)問題提供有力的觀測數(shù)據(jù)。因此,如何更有效地利用ICESat測高數(shù)據(jù)以服務(wù)于極區(qū)的科學(xué)研究顯得尤為重要,值得深入探討。南極冰蓋DEM是重要的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),不僅為南極考察提供保障服務(wù),也為南極其他相關(guān)學(xué)科提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。南極冰雪物質(zhì)平衡受全球氣候變化影響顯著,并且在對全球平均海平面的貢獻中,南極冰蓋冰雪消融扮演著越來越重要的角色。北極海冰的變化反映了全球氣候變化,北極海冰的消融不僅會直接影響了北極當(dāng)?shù)鼐用竦纳?同時也破壞了北極圈內(nèi)原有的生態(tài)平衡,對北極生物物種造成極大威脅。南極冰蓋DEM、南極冰蓋冰雪物質(zhì)平衡以及北極海冰在極區(qū)地學(xué)研究領(lǐng)域中占有重要研究地位。因此,本文將利用ICESat激光測高數(shù)據(jù),從以上三個方面開展研究工作。本文的主要研究內(nèi)容和成果包括：(1)通過建立局部小區(qū)域的DEM對比了不同插值算法在利用ICESat測高數(shù)據(jù)建立南極冰蓋DEM時的可靠性和穩(wěn)定性,總結(jié)提出克里格插值方法最適合在建立南極冰蓋DEM中使用,并基于克里格插值方法,利用GLAS測高數(shù)據(jù)建立了南極冰蓋的DEM。最后,結(jié)合中國南極內(nèi)陸考察采集到的精度較高的實測GPS數(shù)據(jù),對本文所建DEM的精度和可靠性進行了評估分析。結(jié)果表明,南極冰蓋DEM在坡度較緩的南極內(nèi)陸冰蓋區(qū)域精度較高,符合度在3m以內(nèi),距離衛(wèi)星軌道越近的區(qū)域精度越高,可達到1m以內(nèi)。在坡度較大,高程變化較為顯著的區(qū)域如沿海地區(qū),精度較低,差距最大的點超過40 m。(2)鑒于目前南極冰蓋DEM分辨率有限的現(xiàn)狀,對測高衛(wèi)星的重復(fù)軌道算法進行了改進,提出利用將地面重復(fù)軌道間坡度作為未知參數(shù)求解進而獲得南極冰蓋表面高程變化的方法。結(jié)合解算得到的坡度值分析了南極冰蓋200m左右分辨率的坡度與坡向,并通過實測GPS數(shù)據(jù)解算的坡度對本文得到的結(jié)果進行了對比驗證。利用本文解算的南極冰蓋表面高程變化,在進行GIA改正以及ICESat衛(wèi)星系統(tǒng)偏差改正之后,結(jié)合冰雪密度模型,估算了南極冰蓋冰雪質(zhì)量變化,得到南極冰蓋的冰雪質(zhì)量在2003年10月至2008年12月5年內(nèi)的變化量為-44±21Gt/yr,其中東南極冰蓋的質(zhì)量變化為-18±20Gt/yr,西南極冰蓋為-26±6Gt/yr。南極冰蓋冰雪物質(zhì)平衡對全球平均海平面上升的貢獻約為0.12mm/yr。并和其他學(xué)者的研究成果進行了對比分析,結(jié)果表明,南極冰蓋質(zhì)量虧損主要集中在西南極阿蒙森海岸附近冰川以及東南極波因塞特角區(qū)域。(3)在介紹了北極海冰的特征和引起北極海冰變化因素的基礎(chǔ)上,利用ICESat衛(wèi)星提供的高精度海冰測高數(shù)據(jù),基于海面高程總是小于海冰表面高程的假設(shè),選擇20km窗口內(nèi)高程值最低的三個測量腳點高程平均值作為該區(qū)域內(nèi)的海面高程,利用其它測高數(shù)據(jù)的高程值減去平均海面高程提取了2003年至2008年北極海冰的干舷高度,分析了北極海冰在這五年內(nèi)的季節(jié)性以及年際性變化特征,結(jié)果表明,北極海冰干舷高度呈下降趨勢,并且在2007年夏季減少趨勢最為明顯。本文對北極海冰在2007年迅速減少的原因進行了討論分析。并利用波弗特環(huán)流項目中的實測海冰吃水深度數(shù)據(jù),探討了測高衛(wèi)星在解算海冰厚度時存在的系統(tǒng)偏差。
【圖文】：

圖１．２全球平均海溫近百年的變化（Ｒａｙｎｅｒ，ｅｔａｌ．，邋２００６）逡逑極區(qū)環(huán)境對全球變暖作用較為敏感，，較易受到全球氣候變化影響，觀測結(jié)果逡逑顯示，極地氣候?qū)θ蜃兣捻憫?yīng)是中低韓度地區(qū)的兩倍，對全球變暖有著＂放逡逑大器＂的作用。全球氣候變化導(dǎo)致近幾十年來北極海冰的范圍和厚度都在不斷減逡逑�。ǎ耍鳎铮耄幔睿洌遥铮簦瑁颍铮悖�，２００９）。ＩＰＣＣ第五次報告指出，全球變暖正在使得北極逡逑

圖１．４ＩＰＣＣ預(yù)測未來海平面變化（ＩＰＣＱ２０１４）逡逑受全球氣候變暖作用影響，北極海冰在近年來處于減少狀態(tài)（Ｐｅｒｏｖｋｈ邋ａｎｄ逡逑Ｒｉｃｈｔｅｒ－Ｍｅｎｇｅ，２００９）。隨著北極海冰面積的減少，冰面對陽光的反射能力也相逡逑應(yīng)降低，導(dǎo)致更多的能量被海水吸收，從而加劇全球氣候變暖；北極海冰的減少逡逑也會直接影響到當(dāng)?shù)鼐用竦纳�，增加了外出的危險性并且降低了他們打獵的成逡逑
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P228.3

【參考文獻】

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本文編號：2518682