卫星数据首次证明格陵兰冰盖上的湖泊在冬季会枯竭

据外媒报道,研究人员通过利用卫星数据“在黑暗中的观察”首次证明了格陵兰冰盖上的湖泊在冬季会枯竭,这一发现对世界第二大冰盖流入海洋的速度有着重大意义。来自剑桥大学的研究人员利用ESA卫星的雷达数据得出结论,即使没有太阳的热量,那么这些湖泊会向冰盖底部排放大量的水。

以前对湖泊排水的研究都是在夏季进行的,科研人员通过直接实地观测并结合光学卫星数据展开工作,但这一切需要日光。

而剑桥大学研究人员开发的方法使用了雷达“后向散射”--波从发射的地方反射到卫星上--来探测冬季几个月里格陵兰岛几乎完全黑暗时湖泊的变化。

以前的许多研究表明,由于融化和径流,格陵兰冰盖的质量正在下降且下降的速度正在加快。

来自剑桥大学斯科特极地研究所(SPRI)的Ian Willis博士是该研究的合著者之一,他指出:“在预测冰盖未来方面,一个未知因素是冰川移动的速度--它们是否会加速,如果会的话速度有多快。控制冰川移动速度的关键是到达冰盖底部的融水的数量,而这是我们工作的切入点。”

每年夏天,随着天气变暖,格陵兰冰原表面会形成湖泊。它们可以存在数周或数月,但由于水力压裂,它们可以在数小时内排干从而将数百万立方米的水和热量转移到冰盖底部。受影响的地区包括冰盖内部的敏感区域,而那里对冰流的影响可能很大。

“人们一直认为,这些湖泊只在夏天干涸,原因很简单,因为天气暖和,阳光会导致冰融化,”同样来自斯普里的论文作者之一Corinne Benedek说道,“在冬天,天非常黑,表面都结冰了。我们认为湖泊的淤积是导致它们最终排水的原因,但事实并非总是如此......热数据告诉我,液态水可以在整个冬天存在于湖泊中。之前使用机载雷达进行的研究也发现了夏季埋在冰盖表面几米以下的湖泊。这两件事让我开始思考全年观察湖泊的方法。我们通常用来观察湖泊的光学卫星图像在冬天没有,甚至在多云的时候也没有。”

为此,Benedek和Willis利用Sentinel-1卫星的数据开发了一种方法,该卫星使用了一种叫做合成孔径雷达(SAR)的雷达。合成孔径雷达的作用波长使人们得以在黑暗中穿透云层。由于冰和水在使用SAR时的读数是不同的,所以他们开发了一种可以跟踪SAR后向散射发生的突然变化的算法。

在过去的三个冬天里,研究人员发现了六个似乎在冬天干涸的湖泊。这些湖泊则是被冰层覆盖的地下湖泊或表面湖泊。该算法能识别出湖的后向散射特征在一张图像和12天后记录的下一张图像之间发生显著变化的地方。

前年秋天和次年春天的额外光学数据支持了SAR数据,这些数据证实,这六个干涸的湖泊的湖泊面积大幅缩小。对于其中的三个湖泊,光学数据和其他卫星的数据被用来显示冰雪覆盖的湖泊塌陷,结果下降了几米,这再次证实湖水已经干涸。

“我发现的第一个湖令人惊讶,”Benedek说道,“我花费了一段时间才确定我以为我看到的真的是我看到的。我们使用了事件前后的地表高程数据来确认我们的想法。我们现在知道,冬季湖泊排水可能会发生,但我们还不知道这种情况发生的频率。”

Willis则指出:“冰川在冬天会减速,但它们仍在移动。一定是这种运动导致某些地方出现裂缝从而导致一些湖泊干涸。我们虽然还不知道这个冬季湖泊排水现象有多普遍,但它可能对格陵兰冰盖以及北极和南极其他地方有着重要的影响。”

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