综述：冰川学中的雷达偏振测量技术：理论、测量方法及其在研究冰体各向异性方面的科学应用

《REVIEWS OF GEOPHYSICS》：Radar Polarimetry in Glaciology: Theory, Measurement Techniques, and Scientific Applications for Investigating the Anisotropy of Ice Masses

冰的介电各向异性会改变极化无线电波的传播，因此极化雷达探测可用于调查冰体的各向异性特性。冰的各向异性分为内在各向异性（与冰晶取向织构有关）和外在各向异性（与材料异质性有关，如气泡、裂缝和冰床方向性粗糙度）。各向异性发展于冰的沉积和流动历史中，并通过机械特性影响冰的流动。因此，对各向异性的约束对于理解冰动力学、冰盖历史以及未来的冰流和海平面上升预测至关重要。相较于直接采样或类似地震技术，雷达技术可以更快、更广泛地部署。本文综述了冰川冰的介电各向异性、无线电波在各向异性介质中的传播理论、极化雷达仪器和调查策略，以及在冰川环境中的应用。最后，讨论了未来方向，如极化解释超出COF、行星和天体物理应用、创新调查几何和极化剖面分析。我们认为，极化次表层探测雷达的最近发展标志着关键的转折点，因为现在有多种数据采集和处理方法。这篇综述旨在指导极化用户使用适当的技术，以应对冰川学中的新旧挑战，如约束冰粘性，这对冰流和未来海平面上升至关重要。

　　冰的介电各向异性是一种由冰晶排列方式导致的特性，它改变了极化无线电波在冰层中的传播方式。极化雷达测深技术可以用于调查冰层及其底部界面的各向异性特征。冰的各向异性可以分为两种类型：内在各向异性，与冰晶取向织构（COF）有关；外在各向异性，与材料异质性有关，例如气泡、裂缝和冰床界面的定向粗糙度。冰的各向异性是由雪沉积和冰流的历史演变而来的，这些各向异性反过来又会影响冰的流动特性。因此，对各向异性的约束对于理解冰动力学、冰盖历史以及冰流和海平面上升的未来预测至关重要。

与直接采样（如冰芯钻探）或类似地震技术相比，雷达技术可以在更短时间内覆盖更大的区域，因此近年来在冰川学研究中得到了广泛应用。本文综述了冰川冰中介电各向异性的物理特性、无线电波在各向异性介质中的传播理论、极化雷达仪器和调查策略，以及极化雷达在冰川环境中的应用范围。我们还探讨了未来可能的发展方向，例如在COF之外的极化解释、行星和天体物理应用、创新的调查几何形状以及极化剖面技术。我们主张，极化子表面雷达技术的近期发展标志着一个关键转折点，因为现在有多种数据采集和处理方法可供选择。本综述旨在为日益扩大的极化雷达用户群体提供适当的指导，以应对冰川学中的新旧挑战，例如约束冰粘性，这是控制冰流和未来海平面上升的关键因素。

在冰川学中，极化雷达的应用历史始于20世纪60年代和70年代的理论验证和实验研究，这些研究在冰川雷达测深技术广泛应用之后（如Bingham & Siegert, 2007；Dowdeswell & Evans, 2004）。近年来，随着关键理论和实验室技术的进步，以及地面相位敏感雷达（如自主相位敏感雷达声呐ApRES）的开发，极化雷达技术在冰川研究中得到了迅速发展（Brennan et al., 2014；Nicholls et al., 2015）。这些地面雷达仪器成本相对较低，部署简便，通常能提供较高的信号相干性。近年来，极化雷达测量技术逐渐扩展到不同流速的区域，而不仅仅是冰芯采样的慢流区域。这些不同流速区域的各向异性测量对于更好地理解冰盖过程至关重要，并最终用于准确预测冰盖的各向异性介电特性，从而影响未来冰损失和海平面上升的预测。

极化雷达技术在冰川学中的应用可以追溯到几十年前，这些方法基于对冰的各向异性特征的物理理解和测量技术的改进。极化雷达技术主要依赖于测量无线电波在不同极化方向上的差异。由于冰晶具有各向异性特性，极化雷达可以用来评估冰晶取向的模式。这种取向模式不仅影响冰的流动特性，还记录了过去的冰流情况。极化雷达的最新进展使得它在冰川学研究中的应用更加广泛和深入，从而能够更全面地理解冰层内部的各向异性特性。

极化雷达技术在冰川研究中的应用需要考虑到冰的各向异性特性，包括内在和外在各向异性。内在各向异性主要由冰晶的取向织构（COF）决定，而外在各向异性则由冰层中的异质结构，如气泡、裂缝或冰床的粗糙度等引起。在冰川研究中，极化雷达可以用来测量这些各向异性特性，从而提供有关冰层流动历史和未来行为的重要信息。此外，极化雷达还可以用于研究冰层的粘性特性，这些特性对于冰川的流动行为具有关键控制作用。

在冰川学研究中，极化雷达技术的应用不仅限于地面和航空测量，还包括空间雷达技术。这些技术在冰层的调查中提供了不同的视角和方法。极化雷达的广泛应用使得研究者能够更全面地了解冰川的各向异性特性，从而更好地预测冰川的流动行为和未来的海平面上升趋势。此外，极化雷达技术还可以用于行星冰层的研究，例如在火星的极地冰层和木星的冰卫星（如欧罗巴）中，这些冰层可能隐藏着地下海洋。极化雷达技术的发展不仅限于地球冰层，还可能在天体物理研究中发挥重要作用。

极化雷达技术在冰川学中的应用还需要考虑冰的各向异性对雷达信号的影响。例如，冰层的各向异性可能导致雷达信号的相位延迟和功率损失。这些信号的变化可以通过极化雷达技术进行测量和分析，从而提供有关冰层内部结构和流动历史的重要信息。此外，极化雷达技术还可以用于研究冰层的粘性特性，这些特性对于冰川的流动行为具有关键控制作用。

随着极化雷达技术的不断发展，新的应用和研究方向正在出现。例如，极化雷达技术可以用于研究冰层的各向异性对冰川流动的影响，以及冰层内部结构的测量。这些研究不仅限于地球冰层，还可能扩展到其他天体的冰层研究。极化雷达技术的广泛应用使得研究者能够更全面地了解冰川的各向异性特性，从而更好地预测冰川的流动行为和未来的海平面上升趋势。

总之，极化雷达技术在冰川学中的应用具有重要意义，它不仅能够提供关于冰层各向异性的详细信息，还能够帮助研究者更好地理解冰川的流动历史和未来行为。随着技术的不断进步，极化雷达技术将在冰川学研究中发挥越来越重要的作用。