一份高分辨率的1月份冰架表面融水数据集显示了2005年至2026年间阿默里冰架上年际间的变化以及反复出现的融水区域

《Scientific Data》：A high-resolution January surface meltwater dataset reveals interannual variability and recurrent meltwater zones on the Amery Ice Shelf from 2005 to 2026

　　

摘要

南极冰架上的表面融水通常以冰面上湖泊、积水区和融水通道的形式存在，其储存和排放会改变冰架表面的水文状况，增加表面负荷，并在融水流入裂缝区域时促进断裂发生。以往的研究利用卫星遥感和机器学习方法对阿默里冰架（AmIS）上的表面融水进行了测绘，但这些研究主要集中在特定年份、局部排水系统、单次融水事件或算法评估上。由于1月份表面融水范围的峰值对于评估阿默里冰架表面水文和稳定性具有诊断性意义，因此需要一个长期、高分辨率且经过一致处理的数据集以实现可靠的年际比较。本文提供了2005年至2026年阿默里冰架1月份的高分辨率表面融水数据集。该数据集通过Landsat 7 ETM+、Landsat 8 OLI和Sentinel-2 MSI影像，采用基于NDWI标签训练的弱监督分割框架生成。数据包含每年的1月份表面融水范围图、年度表面融水面积统计以及多年表面融水出现次数统计结果。所有栅格产品均采用统一的10米网格进行提供，以便于不同图像来源和年份之间的空间对比。对于来自Landsat的数据，使用该网格进行空间对齐；而原始的Landsat多光谱波段则保留其原有的30米空间分辨率。技术验证显示，该方法在像素级别上具有较高的一致性，总体准确率为0.9882，精确度为0.9507，召回率为0.9086，F1分数为0.9291，交并比为0.8677，Kappa系数为0.9227。与传统基于阈值的方法、传统机器学习分类器和多种深度学习模型相比，本文方法取得了最高的F1分数、交并比和Kappa系数。通过组件级消融实验及视觉和边界对比分析，发现该方法能够更清晰地划分狭窄的融水通道、小范围的积水区和连续的湖泊边缘。2005年至2026年间的数据集显示，1月份表面融水范围存在显著的年际变化：2005–2006年、2014年、2017年、2019年和2025年的融水覆盖面积较大，而2007年、2011年、2021年和2023年的覆盖面积较小。融水出现次数统计结果显示，反复出现的融水主要分布在阿默里冰架的西部和中部区域，在冰架东南缘也有少量分布。反复出现的融水更集中于岩石露头附近，其分布受地表高度带的影响，并与MEaSURE冰速场和冰流方向模式存在空间对应关系。该数据集可与其他数据（如径流、表面质量平衡、裂缝分布和MEaSURE冰速产品）结合使用，以支持对阿默里冰架高峰季节表面水文、反复出现的融水路径及其对冰架稳定性影响的科学研究。