第七届青年地学论坛

冰厚和冰下地形是南极冰盖的基本几何特征参数，不仅是准确估算南极冰盖总量、揭示南极大陆地貌特征的基础，更是冰盖动力和地球系统模式评估南极冰盖物质平衡及其对全球气候和海平面影响的重要输入条件，也是影响冰盖快速变化和不稳定性的重要因素。此外，冰厚和冰下地形还是深冰芯、冰下湖、冰下基岩和沉积物等在内的各类南极冰盖钻探选址的重要依据。由于被数公里厚的冰盖隔绝，深入冰盖底部观测认识南极大陆地形地貌的难度非常大，而南极大陆广阔的面积、遥远的位置和恶劣的条件更给观测造成极大的挑战。20世纪60年代，人类第一次认识到电磁波在冰盖内部具有较强的穿透性，并因此建立了冰雷达(无线电回波探测)探测冰盖厚度和冰下地形的技术方法。由于在探测冰盖冰下特性上的高效、精确和信息丰富等优势，过去70年来，冰雷达被广泛用于南极冰盖的探测研究，为认识这一平均厚度超2000m、面积近1400万平方公里的大陆冰盖的几何特征提供了重要的观测数据，同时，一门新的学科——雷达冰川学，也应运而生。国际上，大规模的南极冰盖冰雷达探测研究，可以大致按1970s、2000s、第4次国际极地年（2008-09年）和现在四个时间点划分为四个阶段，并且对应了4个版本的南极冰下地形数据集（早期数据集、Bedmap、Bedmap 2和即将发布的Bedmap 3）。
我国开展南极冰盖冰厚和冰下地形的测绘最早始于2004/05年的中国第21次南极科学考察，完成了中山站至Dome A断面和Dome A区域的初步探测。中国第24次南极科学考察（2007/08）期间，更加详细的观测首次给出了断面和Dome A核心区域的冰厚和冰下地形，相关数据被用于南极冰盖的起源和演化、深冰芯钻探选址、冰芯年代评估等重要研究中，产生了一批突破性的成果。随后，国内开始自主研制地面冰雷达探测系统，主要包括一套深部探测冰雷达系统和一套浅层调频连续波冰雷达系统，两套系统在多次南极内陆考察中完成了现场试验和应用，已达到实用装备的水平。同时，在冰雷达搭载平台方面，逐步研制开发了地面观测舱和机器人等更加便捷和新型的平台。2015年，我国南极考察首架固定翼飞机——雪鹰601正式投入运营，为大范围测绘南极冰盖提供了航空平台。凭借航空的可到达性和高效探测能力，在中山站的保障下，我国在南极最大的数据空白区——伊丽莎白公主地，以及周边多个关键区域，开展了5个年度的航空冰雷达探测，总测线近18万公里。基于航空冰雷达探测生成的高分辨率冰下地形高程数值模型首次揭示了这一数据空白区的精细冰下地形和冰厚分布特征，为深入研究区域冰盖不稳定性提供了准确的边界条件。同时， 这一成果也标志着国际上首轮南极冰下地形的测绘的圆满完成。目前，新的全南极冰下地形数据集——Bedmap 3正在构建中，有望在2021年度正式发布。
未来，南极冰下地形的探测在继续提升局部区域数据密度的基础上，将更多关注冰盖快速变化的敏感区域，比如接地线、冰架、快速冰流、注出冰川等区域，特别是冰-海或冰-海-陆地交接的区域。在冰雷达技术方面，更具针对性的冰雷达系统，将有助于深入认识冰盖内部和底部的属性特征，为冰盖动力学和不稳定性研究提供更加准确的参数化方案和边界条件。
 

南极冰盖，冰下环境，航空冰雷达，冰下地形，冰厚