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(shù)學院極地遙感團隊與國內(nèi)外科研人員合作，基于高分辨率SAR(合成孔徑雷達系統(tǒng))影像首次獲取了環(huán)南極長時間序列固定冰數(shù)據(jù)集，揭示了南極固定冰的時空分布、變化特征及其與冰山的相互作用等。

什么是固定冰?為什么要對固定冰分布進行測量?這些測量數(shù)據(jù)有什么科研價值?記者就此采訪了相關(guān)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(jié)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(jié)到來，除個別區(qū)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(shù)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(nèi)維持在某個固定位置，不會隨洋流或者風場發(fā)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(shù)學院副院長惠鳳鳴教授表示，大型冰山的擱淺和漂移會導(dǎo)致固定冰的分布和范圍發(fā)生顯著變化。

具體來說，一方面，大型冰山接地后會阻礙海冰運動，導(dǎo)致海冰堆積而逐漸形成固定冰，冰山漂離后，固定冰區(qū)就會消失;另一方面，當冰山距離海岸一定范圍內(nèi)，在共同錨定作用下，兩者之間可以形成連續(xù)的固定冰冰區(qū)，隨著冰山漂移導(dǎo)致距離超過一定限度后，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(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，95%的固定冰分布在水深小于1000米的陸架區(qū)。”中山大學測繪科學與技術(shù)學院博士后李新情表示，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，也不利于形成并維持固定冰，全球范圍來看，緯度最低的結(jié)冰海域就是我國的內(nèi)海渤海。

李新情同時表示，沿岸地形地貌也是導(dǎo)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(cè)容易形成固定冰，沿岸向內(nèi)陸凹陷的海灣也是固定冰容易形成的區(qū)域，比如我國中山站所在的普里茲灣等。

固定冰數(shù)據(jù)為南極研究提供重要支持

為什么要對固定冰的分布情況進行測量?據(jù)程曉解釋，準確的固定冰數(shù)據(jù)可以提高南極近岸區(qū)域海—冰—氣熱交換的評估精度，為冰架穩(wěn)定性以及生態(tài)系統(tǒng)的研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。

同時，固定冰與很多近岸冰間湖的形成密切相關(guān)。冰間湖指的是達到結(jié)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”。程曉說，固定冰發(fā)生變化時，會導(dǎo)致其下游側(cè)冰間湖的范圍出現(xiàn)變化，進而對海洋動物的活動產(chǎn)生影響。

為何使用SAR技術(shù)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(huán)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云的影響，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里到十幾公里尺度的固定冰，導(dǎo)致觀測結(jié)果誤差太大。而SAR能夠主動開展對地觀測，并具有一定的地表穿透能力，得到的影像不受云和極夜的影響，且分辨率高達幾十米，在南極地區(qū)也具有很高的數(shù)據(jù)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(wèi)星搭載SAR對南極固定冰的觀測，主要基于固定冰短時間內(nèi)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產(chǎn)生明顯的水平運動特征。“我們使用20天內(nèi)觀測到的影像，計算它們的梯度差，固定冰區(qū)變化小梯度差也小，浮冰區(qū)變化大梯度差也很大，這樣可以有效地將固定冰與浮冰區(qū)分開。”李新情說。

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

程曉說，研究人員后續(xù)還將結(jié)合海洋、大氣等數(shù)據(jù)，更加深入地分析固定冰與外部環(huán)境之間的相互作用機制，獲取的固定冰數(shù)據(jù)集將有望應(yīng)用于大氣、海冰、海洋模式中，提高氣候模擬水平。

關(guān)鍵詞： 南極固定冰數(shù)據(jù)