基于 Sentinel-1 Extra Wide Swath (EW) 的斯瓦尔巴 Kongs- 与 Krossfjorden 夏季冰川前端及崩解冰川冰分布十年观测（2015–2024）

《Remote Sensing of Environment》：A decade of summer glacier fronts and calved glacier ice distribution in Kongs- and Krossfjorden, Svalbard, observed by Sentinel-1 extra wide swath

　　

基于 Sentinel-1 (S1) 的大气暴露制图（Atmospheric Exposure Mapping, AtmExM）被应用于斯瓦尔巴（Svalbard）。该方法在统计上定义了 2015–2024 年期间的夏季冰川前端。其还绘制了两个主要冰川所在峡湾中的崩解冰（calved ice）出现分布。崩解冰占据面积（calved ice occupied area）与冰川前端消融（glacier frontal ablation）具有良好的相关性。

论文主体解读：

冰川是气候变化敏感指示器。海洋末端冰川前端的崩解（calving）是冰量损失的重要组成，但直接观测和估算困难。现场视频、延时摄影、地基激光雷达或雷达受基础设施、时空范围限制；卫星可观测多冰川或整个区域，但夏季尤其是晚夏冰川前端变化大，用两个单日期前端定义年退缩或前进会产生强不确定性。冬季冰山、碎冰和冰砾（icebergs, bergy bits and growlers, IBG）与海冰混合形成冰混合物（ice mélange），可通过反压力影响冰川末端稳定性和崩解动力学；夏季无海冰时，IBG 更自由漂移并逐渐融化，向海洋加入淡水与沉积物，影响海洋生物栖息地和生态系统。Sentinel-1 (S1) C 波段合成孔径雷达（SAR）自 2015 年以来提供北极准每日一致观测。ESA Coastal Erosion - Space for Shore 项目利用 S1 时间序列映射海岸线与水线变化，在斯瓦尔巴发现海洋末端冰川前端变化及冰川前水域漂浮物雷达反射。为统计定义夏季冰川前端并绘制夏季 IBG 分布，并检验其与前端消融关系，研究人员扩展分析 2015–2024 年 7–10 月 Kongs- 与 Krossfjorden 系统，重点研究 Lilleh??kbreen 和 Kronebreen。该论文发表于《Remote Sensing of Environment》。

主要关键技术方法：使用 Sentinel-1 A/B 的 Extra Wide Swath (EW) 与 Interferometric Wide Swath (IW) C 波段合成孔径雷达（SAR）地面距离探测（GRD）产品，覆盖 2015–2024 年 7–10 月。以 GDAR 预处理为地理编码椭球校正（GEC）的 γ^° 后向散射影像，EW 为 HH/HV，IW 为 VV/VH；提取夏季百分位马赛克，将 VV/VH 阈值迁移至 HH/HV。采用大气暴露制图（AtmExM）阈值分割，得到 >95% occurrence 等 land-water 类；IBG 面积按六类 occurrence 加权求和。用 Sentinel-2 前端和 Li 等（2023/2024）数据集比较；前端消融为退缩损失与冰排放之和，使用 ITSLIVE 流速、ArcticDEM、SVIFT-1.1 冰厚和 0.917 kg/m³ 冰密度。样本来源为卫星与公开数据集，非队列样本。

3.1 Lilleh??kbreen 时间序列分析：通过 AtmExM 年夏季分类，>95% occurrence 类定义统计夏季冰川范围与前端；与 Moholdt 等手工 Sentinel-2 晚夏前端总体一致，局部差数百米，2023 年中部差约 239 m。2015–2024 冰川范围损失约 8.24 km²，平均退缩约 1.06 km，年均面积减少约 0.9 km²，年均夏季前端退缩约 115 m；中部最大退缩约 1.8 km；Bj?rlykkebreen 2015–2018 涌动前进，2018–2024 中心退缩约 1.1 km，Brücknerbreen 小于 0.6 km。IBG 年际变化强，2016、2017 和 2021–2023 强存在，最南至 Cadiopynten；平均夏季 IBG 覆盖面积 5.6 km²。

3.2 Kronebreen 时间序列分析：同样通过 >95% occurrence 定义夏季冰川范围；与 Moholdt 等和 Haarpaintner & Tranchand-Besset 的 Sentinel-2 前端一致，2018 和 2020 年 S1 范围位于两套 Sentinel-2 线之间。S1 95% 与 Sentinel-2 面积差在 8 月小于 0.2 km²，最大可达 0.72 km²。2015–2024 损失 8.20 km²，平均十年退缩约 2.50 km；主要退缩在 Kronebreen 与 Kongsvegen 边界而非流速最快中心。IBG 年际变化不如 Lilleh??kbreen，2021 和 2023 较高，2023 最大；平均夏季 IBG 覆盖面积 3.6 km²。IBG 空间分布与北半球沿岸地转流一致。

3.3 与 Li 等（2023）高频崩解前端数据集比较：Li 等建立 1985–2023 年 149 个海洋末端冰川亚季节前端数据集，但仅约 12% 输入影像成功 delineation，时间不一致。2016 年 Kronebreen 153 条前端中 30 条在 7–10 月，但 5 月 30 日至 9 月 16 日无结果；2022 年 139 条中 50 条在 7 月 7 日至 10 月 28 日，7 月 19 日至 8 月 20 日仅 1 条。统计夏季冰川范围通常位于夏季最大与最小前端之间，但该数据集缺失关键时期，不宜替代一致时间序列。

3.4 与冰川前端消融比较：通过计算 2015–2024 年 7–10 月冰排放与退缩损失之和得到前端消融，包含崩解和前端融化，不能分离。Lilleh??kbreen 与 Kronebreen 平均夏季前端消融分别为 125.1 Mt 和 195.3 Mt。IBG 面积与冰排放、退缩损失、前端消融相关系数 r 分别：Lilleh??kbreen 为 0.86、0.11、0.67；Kronebreen 为 0.80、0.68、0.85。Lilleh??kbreen 退缩损失低相关与 Bj?rlykkebreen 2015–2018 涌动有关；Kronebreen 流速 2–4 m/day 且略增。排除涌动，前端消融和平均夏季 IBG 面积总体增加。IBG 面积与前端消融无全局比例关系。

讨论总结：方法原用于挪威潮间带，在斯瓦尔巴可界定统计夏季前端和 IBG 分布。采用 7–10 月因晚夏/早秋前端消融最活跃；三与四个月结果稳健。Li 数据集时间不一致，强调统计定义季节前端必要性。局限：依赖季节镶嵌和阈值，非逐日检测，不能稳健区分冰川冰与持续漂浮 IBG；月度分析噪声大，需更密 SAR 时间序列。IBG 面积与前端消融有明确联系，高前端消融意味着更多崩解和 IBG；IBG 在前停留后融化或输运。关系因冰川和峡湾物理环境而异；Lilleh??kbreen 平均 IBG 面积高于 Kronebreen，尽管前端消融较低。建议在其他冰川、格陵兰和南极冰盖出口测试，未来 S1-NG 和 ROSE-L 可自动监测。

研究结论翻译：在本研究中，研究人员将基于 Sentinel-1 (S1) IW 的潮间带大气暴露制图方法适配并应用于西北斯瓦尔巴北极地区 Kongs- 和 Krossfjorden 峡湾系统的完整十年每日 S1 EW 时间序列。结果揭示了该方法的新应用，即以统计方式定义海洋末端冰川的夏季（7 月至 10 月）范围，并检测源于冰川崩解的 IBG 及其在冰川前峡湾中的分布。因此，除了将沿岸潮间带分类为大气暴露类别外，该方法还绘制整个夏季 IBG occurrence 类别的分布。Krossfjorden 的 Lilleh??kbreen 和 Kongsfjorden 的 Kronebreen 在这方面得到详细分析。夏季冰川范围的界定——研究人员将其统计定义为夏季检测到冰川冰超过 95% 的区域，即 >95% occurrence——与夏季 Sentinel-2 手工提取的冰川前端线以及 Li 等（2023、2024）自动崩解前端 delineation 共址良好。然而，由于夏季冰川前端可能因冰川前端消融的非线性过程而高度变化，这种统计方法通过过滤变率，尤其是在晚夏，允许更一致的年际比较和趋势估计。为与平均 IBG 占据面积比较，研究人员计算了每个夏季 2015–2024 十年期间的夏季冰川前端消融，即冰川排放和冰川退缩的质量损失之和。年时间序列比较显示，冰川前端消融与平均夏季 IBG 占据面积存在明确联系，Lilleh??kbreen 和 Kronebreen 的相关系数 r 分别为 0.67 和 0.85。然而，该关系并非具有全球有效性的比例关系，而更取决于每个冰川的物理环境。本文案例中，尽管 Lilleh??kbreen 前端消融通常较低，其平均 IBG 占据面积高于 Kronebreen。关于方法参数化的一些改进思路被讨论。由于本研究是首次尝试通过卫星持续绘制冰川前 IBG 平均分布，研究人员建议在斯瓦尔巴其他冰川和其他区域，包括格陵兰和南极冰盖出口，测试该方法，以进一步探索参数化及该应用的潜力和局限。未来 S1-NG 和 L 波段 SAR ROSE-L 等运行雷达任务将允许未来更自动化的冰川范围和 IBG occurrence 监测。