基于多时相无人机摄影测量的南极接地冰崖三维崩解精细监测方法及其对海平面上升的贡献评估

为解决南极接地冰崖崩解监测中时空分辨率不足的难题，中国研究人员创新性地采用无地面控制点的多时相无人机(UAV)摄影测量技术，结合雪坑原位测量数据，建立了厘米级精度的三维监测方法。在26天观测期内成功识别44次崩解事件，测得总崩解量4506.69 m3 （3078.45吨），首次量化该区域冰崖崩解速率为262.93吨/(公里·天)。该研究为极地环境微小尺度冰量损失监测提供了经济高效的技术方案，对理解南极冰盖物质平衡具有重要科学价值。

　　

南极冰盖作为全球最大的冰体，其消融对海平面上升具有决定性影响。传统卫星遥感受限于时空分辨率，难以捕捉小型接地冰崖的崩解过程。这些直接与基岩接触的冰崖占南极海岸线的25%，其崩解会直接将冰体输入海洋，但相关研究远少于浮冰架的监测。中国秦岭站周边冰崖的持续崩解不仅威胁科考设施安全，更是南极冰盖净物质损失的关键环节。

中国极地研究中心的研究团队在《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》发表研究，利用消费级大疆Mavic 2 Pro无人机，在26天内对南极难言岛沿岸0.89公里冰崖进行10次重复航拍。通过无地面控制点的联合对齐(co-alignment)技术实现2.69厘米的配准精度，结合雪坑实测的雪密度(0.44±0.05 g/cm³
)和深度数据，建立了基于三维模型差异的崩解检测方法。研究创新性地采用α-shape算法填补点云空洞，并通过空间聚类和几何过滤有效排除了浮冰等干扰因素。

研究结果
4.1 多时相影像联合对齐精度
蒙特卡洛分析显示X/Y方向误差小于100毫米，Z方向因开阔水域影响呈现"双谷"分布。平面拟合验证表明，6个人工构筑物区域的配准误差均值达2.69厘米，垂直面因入射角问题误差稍高(3.50厘米)。

4.2 冰崖崩解可视化与物质计算
研究期间共观测到44次崩解事件，最大单次事件(31-Jan)达1377.96 m³
。雪冰分离计算显示：表层雪(平均厚度66厘米)贡献972.39吨，而冰川冰贡献达2106.08吨，占总质量的68.4%。

4.3 崩解时空特征
崩解呈现显著间歇性，如1-Feb仅损失24.03吨，而17-Feb单日达748.81吨。沿岸线平均崩解速率为262.93吨/(公里·天)，不确定性分析表明雪体积测量误差(42.42%-49.42%)主要源于雪深标准差(28厘米)。

该研究首次证实消费级无人机可实现南极冰崖亚分米级变化监测，其建立的联合对齐框架适用于纹理贫乏的冰雪环境。相比传统LiDAR，该方法成本降低80%且便于重复观测。研究揭示的崩解间歇性特征暗示其可能受控于尚未观测的海洋动力过程，未来需结合AUV水下观测深化机制研究。成果为量化南极接地冰崖对海平面上升的贡献提供了方法论基础，对完善IPCC(政府间气候变化专门委员会)海平面预测模型具有重要价值。