利用哨兵一号卫星十年数据绘制极地冰盖流速图：方法、结果与气候意义

《Remote Sensing of Environment》：Ten years of polar ice velocity mapping using Copernicus Sentinel-1

本文介绍了基于Copernicus Sentinel-1卫星十年观测数据，开发自动化冰流速反演算法并生成格陵兰和南极冰盖高时空分辨率流速图的研究。该研究解决了极地冰川动态监测中的数据稀缺问题，通过偏移量追踪和干涉雷达技术结合，揭示了冰盖季节性变化和长期趋势，为气候建模和海平面上升预测提供了关键数据支撑。

　　

随着全球气候变暖加剧，极地冰盖的消融速率及其对海平面上升的贡献成为国际社会关注的焦点。然而，极地环境恶劣、观测条件受限，传统实地测量难以实现大范围、连续性的冰盖动态监测。2014年之前，合成孔径雷达数据在冰盖区域的覆盖不足，严重制约了冰川运动规律的深入研究。欧洲空间局发射的Copernicus Sentinel-1卫星星座，以其高重访频率和全天候观测能力，为极地冰流速监测带来了革命性突破。

本研究基于Sentinel-1长达十年的观测数据，开发了一套全自动化的冰流速处理流程，通过结合偏移量追踪和干涉雷达技术，生成了格陵兰和南极冰盖的高精度流速图。研究团队通过优化轨道校正、潮汐修正和电离层干扰消除算法，显著提升了数据的时空分辨率和可靠性。这些成果不仅揭示了冰盖的季节性变化规律（如夏季流速加速现象），还追踪了长期动态趋势（如松岛冰川近十年加速20%），为冰盖物质平衡计算和气候模型验证提供了不可或缺的观测依据。相关成果发表于《Remote Sensing of Environment》期刊。

关键技术方法包括：利用Sentinel-1干涉宽幅模式单视复数据，结合精确轨道文件和数字高程模型，通过偏移量追踪获取斜距与方位向位移；采用加权最小二乘法融合多轨道观测数据，反演水平流速矢量；针对浮冰架区域引入潮汐校正模型，消除海平面变化引起的测量误差；并通过GPS实地测量数据验证产品精度，确保不确定性控制在0.02–0.03 m d^?1以内。

2. 数据与方法

研究采用Sentinel-1A/B的IW模式SLC数据，通过偏移量追踪和干涉雷达技术提取冰流速。其中，偏移量追踪基于图像特征匹配和散斑跟踪，适用于快速流动冰川；干涉雷达则通过相位解缠获取更高精度的线向位移，但需交叉轨道数据支持。辅助数据包括精确轨道文件、冰-海掩膜和数字高程模型，其中格陵兰使用TanDEM-X DEM，南极采用REMA模型。

3. 结果

3.1 南极冰流速制图

十年平均流速图显示南极冰盖主要冰流系统（如松岛冰川、思韦茨冰川）的详细运动特征。时间序列分析表明，松岛冰川接地线处流速从2014年的10.6 m d^?1增至2024年的12.7 m d^?1，加速约20%。季节性变化在乔治六世冰架区域尤为显著，夏季流速较冬季提升15%。此外，布鲁特冰架因冰山崩解事件（A74、A81）导致流速激增，但未引发上游接地冰体加速。

3.2 格陵兰冰流速制图

格陵兰冰盖流速图清晰刻画了东北格陵兰冰流等主要冰流系统。雅各布港冰川时间序列显示明显的季节性波动，夏季流速比冬季高40–50%。2017年前后流速减缓与迪斯科湾水温下降相关，而2020–2021年重新加速至35 m d^?1。通过结合干涉雷达数据，2020–2021年冬季观测的冰分流区域流速图有效抑制了电离层条纹噪声。

4. 讨论与结论

Sentinel-1数据的高时空分辨率使冰盖动态监测从“快照式”转向“连续录像式”，揭示了传统手段难以捕捉的短期变化（如潮汐调制、季节性脉冲）。未来通过融合L波段雷达数据（如NISAR、ROSE-L任务），可进一步改善快速流动冰川和剪切带的观测盲区。这项研究不仅奠定了极地冰盖气候数据记录的基础，也为IPCC海平面上升预测提供了关键观测约束。