核心提示：
雷达探测是一种强有效的地球物理方法，可将其用于南极从局部到大陆范围的表面直至冰下基岩的冰盖内部条件表征。我国自2015年以来，使用“雪鹰601”固定翼飞机针对南极伊丽莎白公主地地区面积超过100万平方千米的区域进行了5次大范围的机载雷达探测。本次报告将在追溯南极雷达冰川学50年历史的情境下，梳理回顾我国的雷达冰川学研究历程，领略冰盖下令人惊奇的壮观景象。
人物介绍：
唐学远，中国极地研究中心（中国极地研究所）副研究员。2011年在中国海洋大学获得物理海洋学博士学位。2005年以来一直在中国极地研究中心从事极地相关研究工作，现任“极地冰盖多圈层相互作用与气候变化”团队负责人。研究兴趣：冰盖数值模拟与地球物理、雷达冰川学。承担科技部专项课题、基金委面上基金项目等十余项，发表研究论文60余篇（包括SCI/EI 30余篇）。
报告详情：
2021年10月14日晚上7:00，由武汉大学中国南极测绘研究中心举办的“智汇极地”学术沙龙第41期在武汉大学信息学部星湖实验大楼十二楼报告厅以及腾讯会议成功举办，俞慧婷主持本次讲座。
图 1 报告ppt首页及报告现场
报告主要以下内容包括：
(1） 列举了2014年、2018年和2019年IPCC发布的全球环境变化的综合报告和特别报告。从2014年11月IPCC发布的第五次评估报告的综合报告中可以看出：气候变化评估中最大的不确定性是海洋、极地冰盖对未来海平面上升的贡献量；准确预估海平面变化最大的挑战来自海洋与冰盖变化机制认知非常不足。2018年10月的报告中指出：海洋升温，极地冰盖存在不稳定和不可逆的触发点。2019年9月IPCC发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》显示山地冰川和冻土区加速融化，区域差异显著，观测数据尚不足以确定变化机制；南极冰盖物质损失增速明显，在2012年以来，年损失量是之前的3倍。
南极冰盖融化不仅对海平面有重要影响，对地球气候也能产生更广泛的影响。例如：南极冰盖融化淡水注入南大洋会减缓海表气温升高；引发南极生成更多海冰，减少南半球的降雨量，增加北半球的降雨量；还可能导致南极大陆架表层下的海洋变暖；还会导致冰架底部融化增加、接地线后撤加剧，最终导致冰盖物质流失加剧和海平面上升。这些都是一个重要的气候触发点，由此可见对南极冰盖的研究具有重要意义。
(2） 南极冰盖变化的关键区域在哪里？现如今的大多数研究都集中在冰盖表面，如何从冰盖表面拓展到冰盖内部去探索？例如深部的温度，冰盖结构、深部温度、冰下水文过程、接地线等等。探冰雷达目前来说是一种有效观测冰盖内部的手段，也有重力和磁力等方法，但是相比较而言，探冰雷达是最便捷的一种方法，其原理就是电磁波能够穿透冰层，冰对电磁波是透明的。
(3） 在没有人登陆南极大陆的时候，1897年Croll预测了南极冰盖的形态、动力学和热区冰盖（冰在中心最厚趋向边界越来越薄；最厚的地方冰厚与降雪的数量无关等等）。John Glen在1955年第一次改进了该假说，对南极冰盖有了新的认识，提出了一个非线性的方程，从该线性方程中可以看出冰盖的基本形状，之后Gordon Robin通过飞机获得了南极冰盖截面上的冰厚。
(4） 冰的介电常数很小，所以电磁波很容易穿透冰层，获取冰盖下的信息，冰雷达基本原理如图2所示。
图2 冰雷达基本原理
(5） 冰雷达的应用：主要包括冰厚、冰下地形、内部时层等。冰厚是评估南极物质平衡和海平面上升最基本的参数。
图3 Dome A区域的冰厚测图结果
冰下地形：在去除冰盖之后，可以看到各种各样的山脉等地形。
图4 Bedmap2 冰下地形图示
冰裂隙：从雷达图像中也可以看出冰裂隙的存在，但是难度较大，不仅需要雷达影像，还需要实地观测数据进行验证。
图5 通过冰雷达探测的冰裂隙
冰下湖：由于重力的原因，水的表面基本上是平坦的，在雷达影像中看到有地势平坦的区域，大都可以判定冰盖下方该区域为水；卡皮查于1956年在苏联的Vostok站发现冰盖表面极其平坦，他基于Kropotkin理论认为冰下可能有冰下湖泊的存在。截止目前在南极探测到的冰下湖有462个。
图6 冰下湖探测
冰下湖泊和冰下水系：湖泊的附近都会有很多水系，这种冰下水系可能会流向接地线，引发地下洪水，导致冰面塌陷。
图7 通过冰雷达探测的冰下湖位置及其水系分布
冰底粗糙度和层连续性指数：冰雷达可以定性探测冰下基岩的粗糙度，也可以用快速傅里叶变换和小波变换来定量的计算粗糙度。关于基岩底部的粗糙度和层连续性指数的研究，揭示出Lamber冰川上游扭曲的内部层与增强冰流紧密相关，以及Dome A地区连续亮层及高基底粗糙度与中更新世晚期冰流空间变化的显著相关性，为南极冰盖的形成和演化研究提供了新视角。
冰的各向异性：雷达可以用来探测冰的各向异性，仅有的几个转孔远不能满足对冰的各项异性的研究，冰雷达可以很好地解决这一问题。
从以上研究可以看出，雷达冰川学对数值模拟、冰芯钻探、评估海平面变化、探测冰下湖、探索南极气候历史都具有重要意义。
报告结束后，与会的各位老师和同学与唐学远研究员进行了热烈讨论，大家受益匪浅。倾听报告的各位老师和同学对这次讲座精彩纷呈表示感谢！
（编辑：朱本鑫 审核：唐学远、郝卫峰）
