雷达干涉测量揭示西南极贝里冰川快速退缩与海水入侵机制

《Nature Communications》：Rapid retreat of Berry Glacier, West Antarctica, linked to seawater intrusions revealed by radar interferometry

本刊推荐：为揭示南极冰盖对海平面上升的贡献机制，研究人员利用1996-2023年多源雷达干涉测量数据，首次发现贝里冰川接地线存在18公里超常规模迁移现象。研究通过精确测算冰川厚度变化（11±1米/年）与运动加速（64±5%），证实暖绕极深层水通过海底地形通道引发公里级海水入侵，导致131±23吉吨冰量损失。该成果对改进冰盖模型预测具有里程碑意义。

　　

随着全球海平面持续上升，南极冰盖的命运成为科学界关注的焦点。在过去四十年间，南极冰盖已成为海平面上升的主要贡献者，但对其未来演变的预测仍存在巨大不确定性。这些不确定性的核心在于接地线（GL）——冰盖与海洋交汇的动态边界——演化过程的精确模拟。传统冰盖数值模型往往忽略接地线位置的短期变化（如潮汐影响），并假设接地线处 basal melt（基底融化）为零，这与实际观测存在显著差异。

位于西南极的Getz冰架是南极最大的基底融水产生区之一，其支流贝里冰川虽仅占该区域10%的冰通量，却对整体冰量平衡具有超乎比例的影响。早期观测显示，该区域冰川持续与来自绕极深层水（CDW）的暖水接触，导致冰架底部快速融化。但冰川如何响应海洋变暖？接地线迁移遵循何种规律？这些关键问题亟待解答。

为解决这一难题，研究团队整合了1996至2023年间ERS-1/2、ALOS-1/2 PALSAR、Sentinel-1、COSMO-SkyMed和RCM等多代雷达卫星的差分合成孔径雷达干涉测量（DInSAR）数据，首次构建了贝里冰川接地线迁移的高精度时间序列。通过开发双差分干涉图技术，研究人员成功分离出潮汐引起的冰架垂直运动与冰川水平运动，将接地线探测精度提升至毫米级。

关键技术方法

研究采用多源卫星雷达干涉测量数据（ERS-1/2、ALOS-1/2 PALSAR、Sentinel-1、COSMO-SkyMed、RCM）构建1996-2023年时间序列，通过双差分干涉图技术分离潮汐运动与冰川运动。利用CATS2008潮汐模型和ERA5再分析数据校正海面高度变化，结合WorldView DEM和ICESat-2高程数据推算冰厚度。基于MEaSUREs冰流速数据和RACMO2.3p2表面物质平衡模型，采用欧拉框架计算基底融化率。

接地线迁移规律

研究发现贝里冰川的接地线在潮汐周期内呈现三态振荡模式：状态1位于1996年接地带附近，状态2向上游迁移约6公里，状态3进一步向内陆延伸至2021年接地带南界。2019-2021年间观测到18.0±0.9公里的短期迁移规模，为南极迄今记录的最大值。长期来看，1996-2021年间接地线最内陆位置退缩达18.1±0.4公里，年均后退速率0.7公里。

冰动力学变化

2006-2022年间，冰川表面高程下降24米，相当于冰厚度减少222米（变薄速率13米/年）。冰流速在中心线区域增加65米/年，西侧 flank（侧翼）加速达136米/年。1996-2022年期间，G-H剖面冰流速提升48%，C-D剖面加速52%，整体平均变薄速率11±1米/年，加速64±5%。

冰质量损失评估

冰通量异常从1996年的0.9吉吨/年增至2022年的7.5吉吨/年，而表面物质平衡异常稳定在-0.5吉吨/年。25年间累计冰损失达131±23吉吨，其中90%由冰通量增加导致。尽管贝里冰川规模仅占Getz冰架系统的10%，其质量损失却达到整个冰架系统的三分之一。

基底地形重构

通过静水平衡（HE）计算发现，BedMachine v3.7模型在接地带东部低估冰床深度达1300米。2011年机载雷达探测数据因床底回声微弱产生误判，新构建的地形显示三个状态点之间存在系列凹陷，形成潮汐周期中海水滞留的腔体。逆潮汐相位运动条纹证实了海水滞留现象的存在。

基底融化机制

2019-2022年贝里冰川接地带（114平方公里）基底融化率高达67±26米/年，较2003-2008年增长64%。CTD数据证实CDW温度从1994年的+0.2°C升至2018年的+1.2°C，通过Siple海槽的埃克曼泵送效应增强暖水入侵。潮汐腔体几何计算表明实际水柱厚度可能达6米，远超理论估算值0.6米。

研究结论与意义

该研究首次通过多年代雷达干涉测量证实公里级海水入侵对冰川退缩的主导作用。暖CDW通过海底地形通道直达接地线，结合复杂腔体几何特征导致的潮汐水滞留，引发异常高的基底融化率。18公里规模的接地带迁移、64%的冰川加速和131吉吨冰损失，凸显了当前冰盖模型忽略短期接地线动态的局限性。研究成果强调必须在水-冰耦合模型中纳入海水入侵机制，这对提升南极冰盖海平面贡献预测精度具有重大科学价值。