Bedmap3：南极冰层测绘的重大突破，助力冰川研究与海平面上升预测

为精准研究南极冰盖变化，研究人员绘制 Bedmap3 数据集，更精细揭示冰下地貌，意义重大。

　　# Bedmap3：解锁南极冰层奥秘的新钥匙
在地球的南端，南极洲这片神秘的大陆被广袤的冰层所覆盖。这些冰层不仅是地球上最大的淡水储备库，还对全球气候系统有着深远影响。然而，随着全球气候的变化，南极冰盖正面临着巨大的挑战，其对海平面上升的贡献成为科学界和公众关注的焦点。准确了解南极冰盖的表面地形、冰厚度以及冰下地形等信息，对于预测冰盖的变化趋势、评估其对海平面上升的影响至关重要。

在过去，Bedmap 系列产品一直是研究南极冰盖的重要工具。但自 Bedmap2 发布十年、Bedmap1 发布二十年来，随着新的测量数据不断涌现，对更精确、详细且一致的南极洲大陆范围测绘的需求愈发迫切。此前的产品在数据覆盖和精度上存在不足，难以满足当前对南极冰盖研究的需求。比如，在一些重要区域，如主要山脉、东南极洲深部、西南极洲海岸线以及南极半岛等地，数据存在明显缺口；而且，不同研究得出的接地线位置等信息存在差异，缺乏统一且准确的界定。

为了填补这些空白，来自英国南极调查局（British Antarctic Survey）等多个机构的研究人员开展了 Bedmap3 的研究工作。他们整合了自 20 世纪 50 年代以来的所有相关数据集，包括 15 个数据提供者提供的 84 项新的航空地球物理调查数据，新增了 5200 万个数据点和 190 万公里的测量数据。经过一系列复杂的数据处理和分析，最终绘制出了 Bedmap3 这一全新的数据集。该研究成果发表在《Scientific Data》上，为南极冰盖研究带来了新的曙光。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，在数据处理方面，对不同来源的测量数据进行筛选、加权平均，去除异常值和错误数据；其次，在绘制接地线时，综合参考多种技术手段（如 InSAR、雷达高度计、光学图像处理等）得到的结果，确定了更准确的接地线位置；再者，利用多种数据（如卫星测高数据、表面流速和坡度数据等）通过特定算法（如 Glen's 流定律等）估算冰厚度，并且使用 Topo - to - Raster 算法进行插值处理，生成连续的冰厚度网格；最后，结合多种地形数据（如 REMA 数字高程模型、IBCSO v2 海底地形网格等）生成表面地形和冰下地形网格。

下面让我们详细了解一下研究结果：

1. 数据网格的构建与更新

研究人员构建了 Bedmap3 分类掩码以及表面高程、冰厚度、床地形和不确定性的网格。在网格构建过程中，采用了与 Bedmap2 基本相同的方法，但根据新数据的特点进行了调整。例如，Bedmap3 采用了 500m 的网格间距，相比 Bedmap2 分辨率更高，能更细致地呈现冰下地貌特征。同时，对不同类型的数据进行了整合，如将新的航空地球物理调查数据与卫星测绘数据相结合，使数据覆盖范围更广、精度更高。

2. 接地线和掩码的修订

与南极研究科学委员会（SCAR）的 Antarctic RINGS 行动小组合作，研究人员修订了南极浮动冰和 grounded ice 的界限定义。通过综合多种来源的接地线数据，并考虑潮汐变化的影响，确定了更准确的接地线位置。此外，还新增了 “transient grounded” 冰架区域这一类别，完善了 Bedmap3 的分类掩码。这一修订更准确地反映了冰架的实际状态，有助于深入研究冰架与海洋的相互作用。

3. 冰厚度数据处理

对冰厚度数据进行了全面处理。在数据筛选和加权平均过程中，根据测量次数对不同调查数据进行加权，更重视近期、密集采样的数据。同时，去除了已知岩石露头处的非零厚度测量值和已知冰区的零厚度测量值。对于冰架厚度，采用了基于 CryoSat - 2 卫星测高数据的更新网格，并进行了校准处理，减少了厚度偏差。此外，针对不同区域采用了不同的冰厚度估算方法，如在靠近岩石露头处使用 Glen's 流定律估算，在海岸边缘根据表面高度和流速等物理条件估算，在冰流槽区域通过手动定义 “streamlines” 进行线性插值估算，使冰厚度数据更加准确可靠。

4. 表面高程和床地形的确定

表面高程采用了最新发布的、填补了空白的 REMA 数字高程模型（Gapless - REMA100），并进行了一系列处理，如去除沿海地区的异常高程值、填补冰架前沿位置变化导致的数据缺口、应用中值滤波去除小尺度异常等，最终将其重采样和投影到 Bedmap3 的标准网格上，并参考 g104c 大地水准面转换为相对于海平面的垂直高程。床地形则是通过从表面地形网格中减去冰厚度网格得到，在处理过程中，固定了岩石露头处的高程，并结合 IBCSO v2 海底地形网格进行了优化，同时对合并过程中可能出现的问题进行了处理，确保床地形的准确性。

5. 时间戳和对比分析

Bedmap3 各组件的时间范围大致为 2007 - 2022 年。与早期的 Bedmap 产品和 BedMachine v3 相比，Bedmap3 的床地形有了显著变化，在许多区域能更清晰地定义冰下槽谷，更好地解析床和山脉特征，并且在接地线区域的过渡更加平滑。不过，在一些快速流动且调查数据稀疏的区域，BedMachine v3 基于质量守恒的插值方法得到的槽谷形式在主观上可能更合理。研究人员认为，结合两者的优势可能会得到更准确的南极冰盖床地形表示，但这也意味着床地形会在一定程度上依赖于质量守恒中采用的流动建模假设。

6. 技术验证和不确定性估计

对 Bedmap3 进行了严格的质量控制检查和校正，确保数据的准确性和一致性。例如，检查所有网格单元的属性是否符合物理规律，如 “sea” 单元格的床高度应低于海平面，“grounded ice” 单元格应具有正的表面高度和冰厚度等。同时，对各网格的不确定性进行了估计，包括表面 DEM 不确定性、冰厚度不确定性和床地形不确定性。不确定性估计综合考虑了输入数据集的固有不确定性、测量误差、采样不确定性以及插值误差等因素，为用户在使用数据时提供了重要的参考依据。

综上所述，Bedmap3 数据集的发布具有重要意义。它为研究南极冰盖的动力学、地貌演化以及冰 - 海洋相互作用提供了更精确的数据支持，有助于深入理解南极冰盖对气候变化的响应机制，从而更准确地预测未来海平面上升的趋势。此外，Bedmap3 在多个领域都具有广泛的应用前景，如冰川学研究、气候模型模拟、海洋学研究等。虽然在某些方面还存在一定的局限性，但随着研究的不断深入和数据的进一步积累，相信对南极冰盖的认识将会更加全面和深入，为应对全球气候变化提供更有力的科学依据。