科研动态｜雷达后向散射时空融合实现南极冰架融化逐日高分辨率监测

1、研究背景

       极地冰盖在全球气候系统中发挥着关键调节作用。随着全球气候变暖，极地冰盖表面融化不断增强，显著影响冰盖物质能量平衡。近年来，南极半岛冰架极端融化事件频发，甚至诱发快速崩解。因此，对冰架表面融化过程开展连续、精细化监测，对于揭示冰架对气候变化的响应、评估冰架稳定性具有重要科学意义。

       目前，主被动微波遥感已成为冰盖表面融化监测的重要数据来源。其中，合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）具有高空间分辨率，能够精细刻画冰盖表面融化特征，但受卫星重访周期限制，难以实现逐日连续观测；微波散射计和辐射计尽管可以提供逐日观测，但空间分辨率通常为公里级，难以反映局地融化细节。因此，如何兼顾空间和时间分辨率，实现冰盖表面融化的连续精细监测，是极地冰盖研究面临的重要挑战。

2、研究内容

       针对冰盖表面融化监测中高空间分辨率与高时间分辨率难以兼顾的技术难题，本研究首次将时空融合技术应用于主动微波遥感数据，提出雷达后向散射时空融合算法SRBDF（Spatiotemporal Radar Backscatter Data Fusion），融合Sentinel-1 SAR与ASCAT（Advanced Scatterometer）微波散射计数据，充分发挥二者在空间与时间分辨率上的互补优势，有效刻画冰架表面融化的空间分布及其快速演变特征（图1）。
 

图1 本研究提出的雷达后向散射时空融合算法SRBDF

       本研究以南极半岛剧烈消融的Larsen C和George VI冰架为研究区，基于SRBDF方法生成2018-2021年200米空间分辨率逐日雷达后向散射影像，并结合雷达后向散射特征，实现了冰架表面融化过程的识别与连续监测。基于SRBDF融合数据的冰架融化监测结果与Sentinel-1和ASCAT识别结果具有高度一致性，与自动气象站观测结果也非常吻合。

       相比单一微波遥感数据，SRBDF在保留Sentinel-1高空间分辨率细节的同时，实现了ASCAT逐日连续观测能力，有效兼顾了冰架表面融化监测的空间精细度与时间连续性。SRBDF融合产品能够准确刻画冰架表面融化发生频率及其年际变化，最大程度捕捉到融化事件，为分析冰架融化演变提供了强力的观测支撑（图2）。

图2. 2018-2021 George VI冰架表面融化发生频率分布图对比

       基于逐日高空间分辨率SRBDF融合监测结果，研究进一步捕获了典型快速融化事件的发生与演变过程（图3），SRBDF能够连续刻画冰架表面融化的发展过程，在保持空间细节的同时有效弥补了Sentinel-1时间连续性不足，可为揭示快速融化事件演变规律提供数据保障。

图3. Larsen C冰架典型快速融化事件连续监测结果，（a）-（c）依次为Sentinel-1，ASCAT和SRBDF

3、研究意义

       本研究首次将时空融合技术应用于雷达后向散射数据，提出了兼顾高空间分辨率与高时间分辨率的冰架表面融化监测新方法，实现了冰架快速融化过程的精准捕捉。研究成果可为极地气候变化追踪、冰架稳定性评估提供高时空分辨率观测支撑。未来，该方法还有望拓展应用于冰架崩解、裂隙扩展及其他冰盖过程监测，为极地遥感应用提供新的技术思路。

4、论文信息

       上述研究近期以“Spatiotemporal Fusion of Radar Backscatter for Enhanced Monitoring of Surface Melt Dynamics over Antarctic Ice Shelves”为题，发表在遥感领域国际期刊《International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation》。中山大学遥感科学与技术学院极地与海洋遥感团队硕士研究生浦程煜为论文第一作者，郑雷教授为通讯作者，程晓教授、吴金橄副研究员、李刚副教授、梁琦副教授和李腾副教授为论文合作作者。该研究得到国家自然科学基金（42422606和42006192）以及南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队建设项目的支持。