Пространственно-временные изменения высоты Гренландского ледникового щита по данным спутниковой радиоальтиметрии

Хворостовский, Кирилл Сергеевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пространственно-временные изменения высоты Гренландского ледникового щита по данным спутниковой радиоальтиметрии
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временные изменения высоты Гренландского ледникового щита по данным спутниковой радиоальтиметрии"

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ХВОРОСТОВСКИЙ Кирилл Сергеевич

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫСОТЫ ГРЕНЛАНДСКОГО ЛЕДНИКОВОГО ЩИТА ПО ДАННЫМ СПУТНИКОВОЙ РАДИОАЛЬТИМЕТРИИ

Специальность 25.00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Университете и Международном Центре по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Бобылев Леонид Петрович

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Кобышева Нина Владимировна

кандидат технических наук Шевнина Елена Валентиновна

Ведущая организация:

Институт географии Российской академии наук

Зашита диссертации состоится «_»_2004 г. в_час. на заседании

Диссертационного совета Д 212.232.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском Государственном Университете по адресу: 199178, Санкт-Петербург, В.0.10-я линия, 33, аудитория 74.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Санкт-Петербургского Государственного Университета.

Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

кандидат географических наук

Мосолова Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Полярные ледниковые щиты играют значительную роль в формировании климата Земли, оказывая большое влияние на циркуляционные процессы. С другой стороны, изменение состояния ледниковых покровов отражает их реакцию на изменения климата. Кроме того, изменение баланса массы ледниковых покровов является одним из основных факторов, влияющих на глобальный уровень Мирового океана. Приблизительно половина наблюдаемого в 20-м столетии подъема этого уровня, составляющего около 2 мм/год, объясняется таянием малых ледников и термическим расширением океана при потеплении. Вносят ли ледниковые щиты вклад в подъем уровня воды, или наоборот понижают его, в настоящее время неизвестно.

Гренландский ледниковый щит, по сравнению с Антарктидой, представляет особый интерес при исследовании его взаимосвязи с климатическими изменениями, так как он к ним более чувствителен. Это обусловлено расположением Гренландии на пути движения циклонов, связанных с Исландским барическим минимумом, играющим существенную роль в формировании циркуляции атмосферы высоких широт. Кроме того, Гренландия находится -в более теплом климате, что приводит к летнему таянию снега на поверхности ледникового покрова в южных и прибрежных районах. Результаты моделирования показывают; что, несмотря на увеличение скорости аккумуляции с увеличением температуры, общий поверхностный баланс массы в целом для всей территории Гренландского ледникового щита становится отрицательным при увеличении температуры в Гренландии на 2,7°С. В приграничной зоне абляции при- потеплении ожидается быстрое экспоненциальное уменьшение массы ледникового щита вследствие уменьшения альбедо поверхности. Исследование современного состояния Гренландского ледникового щита является особенно актуальным вследствие изменения климата, в частности, потепления в полярных районах северного полушария, наблюдаемого в последние десятилетия.

Изменение состояниям Гренландского ледникового щита важно также из-за значительного объема пресной воды, содержащейся в массе льда. Объем воды, которая ежегодно аккумулируется в виде снега на Гренландском ледниковом покрове и теряется при его таянии и в результате откалывания айсбергов эквивалентен поверхностному слою Мирового океана толщиной 1,4 мм. Весь объем льда Гренландского ледникового щита соответствует слою воды на поверхности Мирового океана 7,5 метров.

Традиционные наземные методы оценки изменения толщины полярных ледниковых щитов заключаются в определении разницы между значениями количества поступающей и расходуемой масс воды. Однако значительные ошибки в нахождении этих значений приводят к неопределенности оценок баланса массы, составляющей ±25%.

В- отличие от наземных методов, измерения высоты поверхности ледниковых покровов спутниковыми радиоальтиметрами дают возможность прямой оценки баланса массы, вследствие его взаимосвязи с изменением толщины и объема льда. Изменения высоты поверхности отражают изменения толщины ледникового покрова за вычетом вертикальных движений коренных пород, которые вызваны долгопериодными изменениями в массе льда,

ЙЖШиспользование

что сказывается на изменении нагрузки на

БИБЛИОТЕКА I

данных позволяет исследовать колебания баланса массы ледниковых щитов, изучать его временную и пространственную изменчивость. По сравнению с наземными методами, использование спутниковых данных дает значительно более плотную сеть измерений и, поэтому, позволяет устранить существующую неопределенность в оценках изменения толщины ледниковых покровов в целом. При этом сравнительно короткие ряды спутниковых альтиметрических измерений позволяют оценить лишь поверхностный баланс массы, преимущественно обусловленный колебаниями количества осадков и таяния, имея в виду, что для внутренних районов ледниковых щитов скорость течения льда для интервалов времени от нескольких лет до нескольких десятилетий может приниматься постоянной.

К настоящему времени различными учёными проведен ряд исследований изменения высоты южной, до 72° с ш., части Гренландского ледникового щита с помощью радиоальтиметрических измерений со спутников Seasat и Geosat для периода с 1978 по 1998 гг.. Вместе с тем альтиметры на этих спутниках были сконструированы для проведения измерепий только над водной поверхностью, что ограничивало их использование при изучении ледниковых покровов, имеющих более шероховатую поверхность. Радиоальтиметрические измерения с европейских спутников ERS-1 - с 1992 по 1996 гг., и ERS-2 - с 1995 г. по настоящее время, позволили впервые получить данные для всей территории Гренландского ледникового покрова. Это обусловлено большим углом наклона орбит этих спутников по сравнению с орбитами Seasat и Geosat. Кроме того, радиоальтиметры этих спутников имеют два режима работы, один из которых специально предназначен для измерения высоты поверхности льда. В 90-х гг. прошлого века в рамках международной программы PARCA (Program for Arctic Regional Climate Assessment), посвященной исследованию Гренландского ледникового покрова, определение изменения объема его льда было выполнено с помощью высокоточных измерений с самолета с помощью лазерного альтиметра. Также в рамках этой программы еще одна оценка баланса массы всего Гренландского ледникового щита была получена исходя из наземных измерений аккумуляции и скорости течения льда. Однако пространственная и временная плотность как самолетных, так и наземных измерений значительно уступает спутниковым. Таким образом, анализ изменения высоты поверхности Гренландского ледникового покрова по данным измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 позволяет существенно улучшить понимание его современного состояния. При этом, к настоящему времени, в научных изданиях нет публикаций, посвященных таким исследованиям. Важность изучения Гренландского ледникового щита и указанные выше преимущества использования радиоалътиметрических измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 обусловливают несомненную актуальность этих исследований.

Цели и задачи исследования

Основной целью диссертационной работы является исследование колебаний высоты поверхности Гренландского ледникового щита за период с 1992 по 1999 гг. на основе совместного использования данных измерений радиоальтиметров со спутников ERS-1 (19921996) и ERS-2 (1995-1999). Для достижения этой цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Сбор радиоальтиметрических данных спутников ERS-1 и ERS-2, их систематизация, создание базы данных, необходимой для проведения исследований по оценке изменения высоты Гренландского ледникового щита.

2. Проведение анализа систематических ошибок, возникающих при совместном использовании измерений высот радиоальтиметрами спутников ERS-1 и ERS-2.

3. Получение оценок скорости изменения высоты Гренландского ледникового покрова и проведение анализа ее пространственного распределения как отдельно по данным спутников ERS-1 и ERS-2, так и при их совместном использовании

4. Исследование временной изменчивости высоты ледникового покрова в различных районах Гренландии

5. Анализ зависимости высоты Гренландского ледникового щита, полученной по данным спутников ERS-1 и ERS-2, от климатических и гляциологических факторов.

Научная повизна

Впервые получены оценки изменения высоты Гренландского ледникового покрова на основе использовании данных радиоальтиметрических измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 за период времени с 1992 по 1999 гг.

Предложен метод определения систематической ошибки разности между измерениями со спутников ERS-1 и ERS-2 и проведен ее анализ, что значительно уточняет оценки изменения высоты Гренландского ледникового покрова при совместном использовании данных этих спутников.

Исследованы сезонные и межгодовые изменения высоты ледникового щита в различных районах Гренландии за указанный выше период времени и проанализирована их зависимость от климатологических и гляциологичских факторов.

Научная и практическая значимость

Результаты проведенного исследования позволяют лучше попять современное состояние Гренландского ледникового щита, оценить его вклад в изменение уровня мирового океана. Анализ пространственной и временной изменчивости высоты поверхности ледникового покрова, как индикатора совокупного воздействия различных климатологических факторов, может быть использован при исследовании глобальных изменений климата.

Материал исследований

использовании данных. При проведении расчетов использовались только данные измерений, полученные при работе альтиметров в ледовом режиме, предназначенном для измерений над поверхностью ледниковых щитов. При анализе и интерпретации результатов расчетов изменения высоты Гренландского ледникового щита использовались данные шурфов об аккумуляции снега, результаты моделирования количества осадков, реанализа атмосферного давления, а также другие разнообразные литературные данные.

Методы исследований

В работе использовались методы оценки изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита, основанные на сравнении измерений, проведенных в разные моменты времени, в точках пересечения восходящих и нисходящих орбит спутника. Для расчета изменения высоты применялись два метода. Один из них, позволяющий одновременно использовать все точки пересечения орбит, использовался для оценки скорости изменения высоты в целом за рассматриваемый период времени. Другой метод использовался при построении временных рядов изменения высоты для анализа ее сезонных и межгодовых изменений. Расчеты проводились для ячеек 0,5° широты и 1° долготы, размер которых обусловлен, с одной стороны, требуемой детальностью пространственного распределения, а с другой, количеством данных, используемых для расчетов внутри каждой ячейки.

Основные положения, выносимые на защиту;

1. Выявлено, что высота всего Гренландского ледникового щита за период времени с 1992 по 1999 гт. возрастала в среднем со скоростью 4,3 см/год. При учете же изостатического поднятия подстилающего коренного ложа Гренландии, являющегося реакцией ледникового щита на уменьшение массы льда в течение Голоцена, скорость увеличения толщины ледникового щита за рассматриваемый период составила около 3,8 см/год.

2. В южных и большинстве прибрежных районов Гренландского ледникового щита значительное понижение высоты поверхности с 1992 сменяется значительным ее увеличением с 1995 г. В то же время для большей части центральных районов северной части Гренландского ледникового щита наблюдается устойчивый умеренный рост высоты за весь рассматриваемый период.

3. Выявлена взаимосвязь изменений высоты поверхности Гренландского ледникового покрова и скорости аккумуляции и показано, что основным фактором, определяющим сезонные изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита, является положение Исландского барического минимума.

4. Предложенная методика учета систематической ошибки разности измерений высоты поверхности ледникового щита радиоальтиметрами со спутников ERS-1 и ERS-2 позволила существенно повысить точность оценок изменения этой высоты. Анализ этой ошибки показал, что она имеет пространственно неоднородный характер распределения, преимущественно зависящий от угла наклона поверхности ледника.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на Всероссийской Научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» (Муром, 2001), на симпозиуме «International Geoscience And Remote Sencing Simposium» (Сидней, Австралия, 2001 и Тулуза, Франция, 2003), на 20-м и 22-м Всероссийских симпозиумах «Радиолокационное исследование окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2001 и 2003), на Международном Симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация-02» (2002), на конференции «World Climate Change Conference» (Москва, 2003) и на конференции «Arctic Climate System Study Conference» (Санкт-Петербург, 2003), а также на семинарах научного фонда Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена (Санкт-Петербург, 1999-2003). Основные результаты диссертационной работы опубликованы в разделе монографии, в 5 статьях и трудах конференций, 3 тезисах докладов.

Структура диссертационной работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографического списка. Работа изложена на 156 страницах машинописного текста, включая 61 рисунок и 19 таблиц. Список литературы содержит 104 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вр введении обоснована актуальность работы, излагаются ее цели и задачи, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, показала научная новизна и практическая значимость исследования, кратко описана структура диссертации.

Первая глава носит обзорный характер. В ней приведены сведения о климатических и гляциологических особенностях Гренландии, их влиянии на баланс массы ледникового покрова; рассмотрены проблемы исследования баланса массы Гренландского ледникового покрова с помощью наземных данных и данных альтиметрических измерений.

Эволюция баланса массы ледниковых щитов в каждой точке определяется скоростью течения льда и балансом массы на поверхности ледника. Для рассматриваемого временного масштаба нескольких десятилетий скорость течения льда может быть принята постоянной для большинства районов. Поверхностный баланс массы представляет собой разницу между приходом массы, обусловленным аккумуляцией снега, т.е. осадками, выпадающими в твердом виде, а также конденсацией, и расходом массы, вызванным испарением (сублимацией), таянием, с последующим стоком воды и откалыванием айсбергов.

Основным фактором, определяющим изменения толщины Гренландского ледникового щита, является аккумуляция, зависящая в основном от циклонической деятельности, связанной с Исландским минимумом атмосферного давления. При этом существование Исландского минимума обусловлено, прежде всего, самим Гренландским ледниковым щитом, являющимся орографическим препятствием на пути движения областей низкого давления. Кроме того, большие температурные контрасты между ледниковым щитом и прилегающей открытой водой обусловливают бароклинную нестабильность, которая является причиной углубления и создания циклонических систем. Циклоны,

двигающиеся на север в районе северной Атлантики, откланяются ледниковым щитом в сторону Исландского минимума или в Девисов пролив и далее в море Баффина. Таким образом, влияние циклонической деятельности на аккумуляцию сказывается преимущественно в южных и западных районах Гренландского ледникового щита.

В низких приграничных районах Гренландского ледникового щита на баланс массы влияет также температура воздуха, определяющая интенсивность летнего таяния. Кроме того, в ряде приграничных зон ледника важным фактором, определяющим баланс массы становятся также ледниковые потоки и выводные ледники, для которых характерна высокая скорость течения льда. Сравнение особенностей рельефа коренного ложа со скоростью течения льда показывает, что форма подстилающего рельефа определяет положение систем стока льда. Выводные ледники обычно соответствуют расположению глубоких каналов в коренном ложе, которые отражаются в образовании каналообразных потоков льда ряда выводных ледников. При этом проникновение растаявшей воды в глубь ледника приводит к образованию топкой пленки воды, что может увеличивать скорость течения льда, оказывая влияние на баланс массы в прибрежных районах.

Традиционные методы наземного исследования ледниковых щитов, заключающиеся в нахождении разности между приходящей и уходящей массой льда, характеризуются значительными ошибками в определении этих составляющих, что приводит к значительной неопределенности оценок баланса массы. В настоящее время для исследования изменения толщины Гренландского ледникового покрова стали применяться измерения спутниковых альтиметров. По сравнению с наземными методами исследования, они дают возможность получать значительно более плотную сеть измерений и, поэтому, позволяют устранить существующую неопределенность в оценках изменения толщины ледниковых щитов в целом. Измерепия радиоальтиметров со спутников Scasat и Geosat широко использовались при исследовании ледниковых щитов, в частности южной, до 72° с.ш., части Гренландии. Однако эти радиоальтиметры были сконструированы для проведения измерений только над водной поверхностью, что ограничивало их использование при измерении высоты льда. Измерения со спутников ERS-1 (с 1992 по 1996 гг.) и ERS-2 (с 1995 по настоящее время) позволили впервые осуществить измерения над всей территорией Гренландского ледпикового щита, а также изучить временные колебания его высоты. При этом альтиметры ERS работали попеременно в двух режимах, один из которых специально предназначен для более точных определений высоты льда (ледовый режим), а другой - для измерений над океаном (морской режим). В последнее десятилетие в рамках программы по региональному исследованию климата Арктики (Program for Arctic Regional Climate Assessment - PARCA) был проведен ряд исследований, направленных на изучение современного состояния Гренландского ледникового щита. Исследования проводились с использованием наземных данных об аккумуляции и стоке льда, полученных с помощью независимых наземных измерений, а также самолетных измерений лазерного альтиметра. В то же время пространственная и временная плотность этих измерений значительно уступает спутниковым. Поэтому не проводившийся ранее анализ изменения высоты поверхности Гренландского ледникового покрова по данным измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 позволяет существенно улучшить понимание его современного состояния.

Во второй главе, посвященной проблемам методологии, изложены основные принципы измерений спутниковых радиоальтиметров с указанием основных технических характеристик различных альтиметров; описаны особенности измерений над ледниковой поверхностью; приведено описание используемых данных. В этой главе описаны также методы расчета скорости изменения высоты поверхности в целом за весь рассматриваемый период времени и построения временного рядов изменения высоты для анализа ее сезонных и межгодовых колебаний. Предложен метод определения систематической ошибки разности между измерениями со спутников ERS-1 и ERS-2 для совместного анализа измерений этих спутников. Приведены результаты расчета соответствующей ошибки, особенности ее пространственного распределения и влияния на оценку изменения высоты поверхности.

. Работа спутникового радиоальтиметра основана на измерении времени прохождения импульса посылаемого радаром со спутника до Земной поверхности и обратно, что позволяет определять расстояние от спутниковой антенны до поверхности Земли. При проведении расчетов были использованы данные о поправках, учитывающих орбитальные, атмосферные, приливные и инструментальные ошибки измерений, характерные для любых спутниковых радиоальтиметрических измерений, и поправки, свойственные измерениям над ледниковыми щитами: вызванные наклоном и неровностью поверхности ледника, а также проникновением импульса, посылаемого альтиметром, в снег. Ошибки вследствие шероховатости поверхности ледникового щита и проникновения импульса в снег учитывались с помощью поправок, полученных в результате, так называемой, процедуры ретрекинга. Однако основной источник ошибок измерения высоты ледниковых покровов является наклон поверхности. Поэтому для сравнения измерений, проведенных в разные моменты времени, применялась методика сравнения высот в точках пересечения двух орбит при интерполяции между двумя ближайшими к этим точкам измерениями, относящимися к каждой из орбит.

Такая методика расчета, при которой используются разности высот, позволяет получить в 5-10 раз более точные результаты по сравнению с абсолютной точностью отдельно взятых измерений, поскольку наклон поверхности оказывается одинаковым при измерении в одной и той же точке на поверхности ледника. Однако и при таком подходе для получения достоверного результата необходим учет большого количества точек пересечения орбит. Для проведения всестороннего изучения изменения высоты Гренландского ледникового щита была сформирована база данных измерений во всех имеющихся точках пересечения орбит ERS спутников, со всеми относящимися к этим измерениям характеристиками.

Для расчета изменения высоты применялись два метода- Один из них заключается в одновременном использовании разностей высот во всех имеющихся точках пересечения орбит за исследуемый период времени, нанесенных на один график зависимости изменения высоты со временем (dh/dt-метод). Тогда угол наклона линии регрессии изменения высоты показывает скорость этого изменения. При расчете разностей из высоты и времени, относящихся к нисходящей орбите, вычитались высота и время, относящиеся к восходящей орбите спутника. Мерой ошибки определения скорости изменения высоты в этом случае служат значения стандартной ошибки угла наклона линии регрессии, а также критерий Фишера, показывающий значимость регрессионной модели. Такой метод может применяться

при наличии непрерывных измерений за рассматриваемый период времени и позволяет более точно рассчитать изменение высоты, так как использует все имеющиеся точки пересечения орбит. Однако он не дает возможности проследить ее временную изменчивость. Другой метод состоит в сравнении измерений, относящихся к двум периодам времени, и последующем осреднении полученных разностей высот. В случае непрерывных наблюдений со спутников ERS-1 и ERS-2 этот метод позволил построить временной ряд изменения высоты, что дало возможность, кроме нахождения скорости ее изменения за весь период, проследить также сезонную и межгодовую изменчивость. Второй способ был использован для построения временного ряда за весь 7-летний рассматриваемый период времени от 1992 до 1999 г., который строился по среднесезонным. значениям изменения высоты. Первоначально каждый из периодов последовательно брался за опорный и строился временной ряд путем сравнения опорпого периода со всеми остальными. Таким способом рассчитывались несколько временных рядов, когда все сезоны последовательно использовались в качестве опорных периодов. Далее для каждого периода полученные результаты осреднялись, и таким образом строился средний временной ряд по вычисленным значениям для каждого временного отрезка.

Для получения пространственного распределения изменения высоты Гренландского ледникового щита вычисления проводились для ячеек 0,5° широты и 1° долготы. Выбор размеров ячеек обусловливает, с одной стороны, детальность получаемого пространственного распределения, а с другой, - количество данных, взятых для расчетов внутри каждой ячейки. Кроме того, количество спутниковых измерений увеличивается с географической широтой, и потому определение скорости изменения высоты для больших по площади районов может привести к тому, что результат будет описывать изменения, характерные для северных частей рассматриваемого района.

При анализе данных измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 было проведено исследование с целью нахождения систематической ошибки разности между измерениями в точках пересечения орбит в тех случаях, когда эти орбиты относятся к разным спутникам. Эта группа точек составляет около половины от всего количества используемых точек пересечения орбит, поэтому учет систематической ошибки разности позволил использовать в расчетах значительную часть данных, что существенно улучшило точность результатов. Для этого применялся метод, основанный на (й/±-методе, использующий все имеющиеся точки пересечения орбит разных спутников, которые охватывают весь рассматриваемый 7-лстний период. Однако в данном случае вместо вычитания высоты, относящейся к восходящей орбите, из высоты, относящейся к нисходящей (ННИС - НВОСХ), использовались разницы высот, полученные вычитанием высоты, полученной при измерении со спутника ERS-1, из высоты, полученной при измерении со спутника ERS-2 (HERS-2 - HERS-I). Использование разностей (HERS-2 - HERS-I) позволяет определить значение скорости изменения высоты, независящей от систематической ошибки, возникающей при сравнении измерений с разных спутников. Независимость результата достигается за счет того, что угол наклона линии регрессии, характеризующий скорость измепения высоты, остается неизменным. Это происходит поскольку систематическая разность между измерениями наблюдается на всем протяжении линии регрессии, только лишь поднимая или опуская ее на величину равную систематической ошибке разности. Сравнение скорости изменения высоты, рассчитанной с

использованием разностей позволяет оценить как

систематическая ошибка разности высоты в точках пересечения орбит разных спутников влияет на определение изменения высоты Кроме того, расчет с использованием разностей позволяет определить величину этой ошибки по значепию изменения высоты в точке пересечения линии регрессии с осью изменения высоты.

В результате было показано, что систематическая ошибка разности преимущественно зависит от угла наклона поверхности, изменяясь в среднем от нескольких сантиметров в районах с углом наклона поверхности < 0,1е до десятков сантиметров в приграничной зоне Гренландского ледникового щита, составляя в среднем Положительные

значения ошибки разности для большинства районов означают систематическое завышение высот, измеренных со спутника БИ8-2, по сравнению с высотами, измеренными со спутника БЕЗ-1. При использовании только точек пересечения орбит разных спутников неучет такой систематической ошибки приводит к завышению оценки скорости изменения высоты от 2 см/год в высоких районах плато до более 20 см/год в зоне абляции и в среднем равно 6,7 ± 0,3 см/год.

В третьей главе описаны результаты расчета изменения высоты Гренландского ледникового покрова при отдельном рассмотрении данных измерений радиоальтиметров со спутников БИ8-1 и БИ8-2, а также при их совместном анализе. Проанализировано пространственное распределение скорости изменения высоты поверхности и ее сезонные колебания в течение периода времени с 1992 по 1999 гг. Рассмотрено изменение высоты в пределах различных диапазонов высот поверхности, широтных зон и дренажных бассейнов.

Для получения результатов, не зависящих от каких либо систематических ошибок, возможных при сравнении измерений с разных спутников, сначала были проанализированы отдельно данные для каждого из спутников. Наиболее яркой особенностью пространственных распределений скорости изменения высоты, по данным измерений со спутников БИ8-1 и БИ8-2, обнаруживаемой при их сравнении, является резкая смепа направления скорости изменения высоты ледника в южных и прибрежных районах. С 1992 по 1996 годы для большей части этих районов характерно уменьшение высоты ледника, тогда как измерения с 1995 по 1999 годы показывают его существенное увеличение. Лишь для некоторых прибрежных районов уменьшение высоты по-прежнему сохраняется. Столь значительная амплитуда колебаний южной и прибрежной частей Гренландии, объясняется тем, что данный район в большой степени подвержен циркуляционным воздействиям и влиянию циклонической активности, а ледники, расположенные в районах прохождения циклонов, значительно более чувствительны к климатическим изменениям. Кроме того, прибрежные районы относятся к зоне абляции, для которой характерно интенсивное летнее таяние, и поэтому изменения баланса массы здесь отражают как изменения в снегонакоплении, так и изменения температуры воздуха. В центральной же части северной Гренландии, для которой характерна низкая интенсивность аккумуляции, наблюдается стабильный умеренный рост ледника в среднем со скоростью около 5-7 см/год.

В результате средняя скорость изменения высоты для всего Гренландского ледникового щита, вычисленная исходя из результатов расчетов, полученных для каждой ячейки, взвешенных на их площадь, по данным измерений со спутников БИ8-1 и БИ8-2, составила см/год, соответственно. Приведенные погрешности 0,5 и 0,4

см/год, как и для всех представленных в работе пространственно-осредненных значений, являются ошибками осреднения, показывающими степень пространственной изменчивости скорости изменения ледника.

Использование всех имеющихся точек пересечения орбит, относящихся как к одному и тому же спутнику (ЕК8-1хЕК5-1, ЕК8-2хЕИ8-2), так и к разным спутникам (ЕК5-1хЕК5-2), позволяет, во-первых, уменьшить ошибки расчета, а, во-вторых, увеличить рассматриваемый интервал времени, и исследовать изменения высоты Гренландского ледового щита в данном случае с 1992 по 1999 годы. В этом случае пространственно-осредненная скорость изменения высоты поверхности, полученная с учетом результатов расчетов систематической ошибки разности измерений со спутников ЕИ8-1 и ЕИ8-2, составила 4,3 ± 0,4 см/год. При этом полученное пространственное распределение, как и среднее значите изменения высоты, очень близко к результату, полученному осреднением значений, рассчитанных для каждого спутника в отдельности, а также в случае использования только данных ЕК8-1хЕИ8-2, что подтвердило применимость методики расчета систематической ошибки и, соответственно, возможность использования полученных с ее помощью результатов.

При анализе пространственного распределения скорости изменения высоты Гренландского ледового щита за весь рассматриваемый период прослеживаются закономерности, вытекающие из особенностей ее распределения за периоды с 1992 по 1996 и с 1995 по 1999 г. Уменьшение толщины покрова южной части Гренландии в первой половине 90-х годов компенсировалось ее увеличением во второй половине 90-х, что выразилось в умеренном росте за весь рассматриваемый период в целом.

Уменьшение высоты ледового щита в целом характерно для многих прибрежных районов, относящихся к зоне абляции, где более всего сказывается летнее таяние. В частности оно проявляется на западном побережье северной части ледникового покрова, в юго-восточной части Гренландии, на восточном побережье в районе ледника Кангердлугссуаг около 69° с.ш. и в районе северо-восточного ледникового потока около 79° с.ш. Однако для некоторых приграничных районов отмечается увеличение высоты покрова, наиболее отчетливо проявляющееся на юго-западе Гренландии и в приграничном районе на востоке Гренландии около 68° с.ш. Вместе с тем, как уже отмечалось, не для всех прибрежных районов, особенно на востоке в районе 66-70° с.ш., удалось получить результат вследствие малого количества данных даже в случае использования всего набора имеющихся данных.

В таблице 1 приведены значения скорости изменения высоты для разных диапазонов высот поверхности ледяного покрова, из которой видно, что для низких приграничных районов ледникового щита в среднем характерно уменьшение высоты, тогда как для остальной территории Гренландии наблюдается рост со скоростью 5-6 см/год. В этом проявляется орографическое влияние ледникового щита, так как увеличение высоты от прибрежных районов к центральным определяет повышенное влияние циклонической активности и большую интенсивность летнего таяния в прибрежных районах вследствие уменьшения температуры воздуха с высотой. Влияние орографии сказывается, кроме того, в том, что ледоразделы дренажных бассейнов часто служат границами распространения зон со схожими особенностями изменения высоты ледника, при переходе через которые эти

особенности резко меняются. Наиболее ярко это проявляется в южной Гренландии, где основной ее ледораздел, делящий ледовый щит на западную и восточную части, ограничивает распространение зон уменьшения и увеличения высоты с запада и с востока соответственно. Влияние других, менее значимых хребтов, также проявляется практически для всех дренажных бассейнов.

Таблица 1. Пространственно-осредненные значения скорости изменения высоты стандартной ошибки ее определепия и количества использованных точек пересечения орбит (К точек), находящихся в одной ячейке, для различных диапазонов высот поверхности Гренландского ледникового щита. Количество ячеек, попадающих в указанные зоны (К ячеек) и занимаемая ими площадь (8)._

Диапазон высот, км

(ШЛЦ, см/год

Бан/аь ем/год

N точек

N ячеек

Б, тыс.км

<1,5

-2,5 ± 1,2

2,6 ±0.2

9182 ±978

178

237,6

1,5-2

5,4 ±1,1

1,4 ±0,2

22489 ± 2350

177

256,7

2-2,5

4,9 ±0,6

0,9 ±0,1

16914 ±1151

261

428,4

2,5-3

6,1 ± 0,4

0,5 ± 0,0

10403 ±537

263

481,4

5,2 ±0,5

0,5 ±0,1

7322 + 466

142,6

Ошибки расчета скорости изменения высоты зависят, прежде всего, от количества использованных точек пересечения орбит и поэтому возрастают с уменьшением широты и с увеличением угла наклона поверхности. Поэтому указанные в таблице 1 стандартные ошибки расчета скорости изменения высоты максимальны в низких приграничных

районах ледника, где наблюдаются максимальные углы наклона поверхности, а также значительная шероховатость поверхности, затрудняющие проведение радиоальтиметрических измерений со спутников. Ошибка составляет несколько десятых сантиметра в ровных центральных районах плато, а также в северной части Гренландии и возрастает до нескольких сантиметров в прибрежных и южных районах. Вместе с тем, для большинства ячеек зпачепие критерия Фишера показывает значимость регрессионной модели, используемой при расчете скорости изменения высоты, па уровне 0,01. Ячейки же, для которых результат является незначимым даже на уровне 0.05, характеризуются малыми значениями скорости изменения высоты в пределах ±2 см/год.

При характерном для внутренних регионов ледникового покрова умеренном росте высоты в ряде районов выделяются некоторые особенности. Уменьшение высоты поверхности хорошо проявляется лишь в юго-восточной части Гренландии, южнее 66° с.ш., распространяясь на запад до линии ледораздела дренажных бассейнов. Кроме того, на западе, в районе 69° с.ш., также отмечается слабо выраженное уменьшение высоты. Значительное увеличение высоты наблюдается на юго-западе ледника (около 10 см/год) к западу от основного ледораздела и умеренное (около 5 см/год) в центральном районе северной части щита. Большая, относительно других районов северной части щита, скорость возрастания высоты выявлена в районе севернее 79° с.ш. и западнее 50° з.д.

Необходимо отметить, что все оценки скорости изменения высоты, приведенные в данной главе, не учитывают изостатическое поднятие подстилающего коренного ложа Гренландии, которое является реакцией ледникового щита на уменьшение массы льда в течение Голоцена. Скорость этого поднятия составляет в среднем около 0,5 см/год, поэтому

с учетом этой поправки можно принять значение скорости изменения толщины ледникового щита Гренландии за период с 1992 по 1999 г. равным около 3,8 см/год.

Особенности колебания высоты поверхности во времени были проанализированы с помощью метода построения временного ряда. Во временном ходе изменения высоты поверхности ледникового покрова в среднем для всей территории Гренландии можно проследить особенности, характерные для большинства ее центральных районов, поверхностный баланс массы которых определяется в основном колебаниями количества выпадающих осадков. В результате в среднем, как правило, наблюдается максимум высоты поверхности осенью и зимой и минимум весной и летом. При этом амплитуда колебаний составляет в среднем около 15 см, варьируясь от 7 до 29 см. Кроме того, явно прослеживается минимум высоты в 1995 году, объясняющий различия в скорости изменения высоты, рассчитанной отдельно по данным измерений со спутников ERS-1 и ERS-2. Стандартные ошибки осреднения для каждого сезона, показывающие пространственную изменчивость значений колеблются в пределах от 0,8 до 1,6 см.

Исходя из временного ряда, полученного при совместном использовании измерений с обоих спутников, тренд изменения составляет 3,8 ±1,1 см/год. Полученное значение в пределах стандартной ошибки тренда 1,1 см/год совпадает с оценкой, вычисленной с помощью dH/dt-метода. Значение ошибки тренда, а также значение критерия Фишера, равное 12.9, показали, что уравнение регрессии значимо на уровне выше 0.99. Это указывает на то, что сезонные и межгодовые колебания высоты не существенно сказались на значимости тренда.

Анализ региональных особенностей изменения высоты показал, что по характеру происходивших изменений высоты Гренладский ледниковый покров можно разделить на три района (западный, северо-восточный и третий юго-восточный), что согласуется с особенностями расположения зон, наиболее подверженных влиянию циклонической активности. Юго-восточный район, подверженный влиянию Исландского минимума, характеризуется наибольшей межгодовой изменчивостью и наиболее сильно выраженным минимумом высоты в 1995 году. Эти особенности, хотя и менее ярко, отмечаются и в западном районе, где отражается влияние области пизкого давления над заливом Баффина, а также, в меньшей степени, Исландского минимума на юге. Временной ход в северовосточный район демонстрирует равпомерный рост высоты от года к году.

Таким образом, изменения высоты ледникового покрова Гренландии зависят от ряда взаимосвязанных климатических и гляциологических факторов. Влияние циклонической активности, определяющей количество осадков, проявляется, прежде всего, в значительных изменениях баланса массы во всей южной части ледникового щита, а также в прибрежных районах. Вместе с тем в прибрежных районах в значительной степени сказывается орографический фактор, влияющий как на количество выпадающих осадков, так и на распределение температуры, а значит и на интенсивность летнего таяния. Кроме того, в ряде прибрежных районов, где наблюдаются большие скорости течения льда, их изменение может оказывать влияние на баланс массы даже на небольших интервалах времени.

В четвертой главе проведено сравнение различных оценок изменения толщины Гренландского ледникового щита, полученных разными учеными с помощью наземных и альтиметрических данных. Полученные в диссертации результаты расчетов изменения

высоты поверхности проанализированы- совместно с различными климатическими и гляциологическими параметрами, определяющими изменения высоты поверхности Гренландского ледникового покрова. Исследована взаимосвязь изменения высоты с осадками (аккумуляцией), атмосферным давлением и летним таянием.

Сравнение результатов расчетов, изложенных в диссертационной работе с оценками изменения толщины Гренландского ледникового щита, полученными с помощью как наземных, так и альтиметрических измерений показало соответствие их пространственного распределения. В тоже время для отдельных районов, особенно в южной части Гренландии, где отмечаются большие скорости изменения толщины, оценки согласуются хуже, что объясняется как ошибками измерения, так и различными периодами времени, к которым относятся измерения, и значительной пространственной и временной изменчивости аккумуляции.

Хорошее соответствие было также выявлено при сравнении результатов расчета изменения высоты поверхности по данным спутников БИ8-1 и БИ8-2 с изменениями скорости аккумуляции, полученными по данным стратиграфических измерений в шурфах и модельным расчетам, а также модельным расчетам количества осадков. При этом соотношение изменения аккумуляции, выраженная в единицах водного эквивалента и изменение высоты соответствует плотности свежевыпавшего снега, которая составляет 0,20,3 г/м3.

Сравнительный анализ изменения высоты поверхности и поля атмосферного давления на уровне моря, показал, что в сезоны, когда наблюдался максимальный рост высоты поверхности, центр Исландского минимума давления смещался на запад к южной оконечности Гренландии, или отмечался вторичный минимум у западного побережья Гренландии в районе моря Лабрадора Понижение высоты поверхности отмечается в случаях, когда Исландский минимум расположен вблизи Исландии и его влияние па Гренландский ледниковый щит уменьшается. При этом анализ сезонных колебаний высоты показал, что ее межгодовые изменения в основном определяются осенне-зимним периодом, то есть в сезоны наибольшего развития Исландского минимума, а вклад других сезонов значительно меньше. Таким образом, можно заключить, что перемещения барического минимума, является основной причиной колебаний осадков над Гренландией, и, следовательно, изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита. Это обусловливает, выявленную связь изменения высоты поверхности с Северо-Атлантическим колебанием, характеризующим скорости зонального ветра на севере Атлантического океана. Наибольшие отрицательные коэффициенты корреляции индекса этого колебания и изменения высоты поверхности проявляется в зимой в южных и западных районах Гренландии.

Показано также, что площадь распространения летнего таяния по данным пассивного микроволнового зондирования поверхности ледникового щита наиболее хорошо совпадает с изменениями высоты поверхности для высот менее 2000 м в южных районах. Это подтвердило целесообразность проведения расчетов изменения высоты в приграничной зоне Гренландского ледникового щита, несмотря на то, что для этих районов результаты расчетов являются наименее точными.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Для проведения всестороннего изучения изменения высоты Гренландского "ледникового щита была сформирована база данных измерений радиоальтиметров со спутников ЕИ8-1 (1992 -1996 гг.) и ЕИ8-2 (1995 -1999 гг.) во всех имеющихся точках пересечения орбит этих спутников.

2. Усовершенствован метод анализа изменений высоты поверхности ледникового щита. Данный метод впервые применен для исследования сезонных колебаний высоты поверхности Гренландского ледникового щита.

3. Разработаны алгоритмы и программы расчета изменения высоты поверхности, основанные па данных измерений спутниковых радиоальтиметров, что использовано для оценки скорости изменения высоты поверхности ледникового щита и построения временного ряда среднесезонных значений этих изменений.

4. Разработана методика учета систематической ошибки разности измерений высоты поверхности ледникового щита радиоальтиметрами спутников ЕИ8-1 и ЕИ8-2. Показано, что эта систематическая ошибка имеет пространственно неоднородный характер распределения, преимущественно зависящий от угла наклона поверхности, изменяясь в среднем от нескольких сантиметров в районах с углом наклона поверхности < 0,1е до десятков сантиметров в приграничной зоне Гренландского ледникового щита. При использовании только точек пересечения орбит разных спутников неучет такой систематической ошибки приводит к завышению оценки скорости изменения высоты от 2 см/год в высоких районах плато до более 20 см/год в зоне абляции.

5. Показано, что изменение высоты Гренландского ледникового щита с 1992 по 1999 гг. увеличивалось со скоростью 4,3 см/год. При учете же изостатического поднятия подстилающего коренного ложа Гренландии, являющегося реакцией ледникового щита на уменьшение массы льда в течение Голоцена, скорость увеличения толщины ледникового щита за этот период составила около 3,8 см/год.

в юго-восточной части Гренландии южнее 66° с.ш., па западном побережье северной части ледникового покрова, на восточном побережье в районе ледника Кангердлугссуаг около 69° с.ш., в районе северо-восточного ледникового потока около 79° с.ш. Наибольший рост высоты поверхности наблюдается: на юго-западе Гренландии южнее 67° с.ш,

в северо-западной части ледникового покрова — севернее 79° с.ш. и западнее 50° з.Д.,

в приграничном районе па востоке Гренландии около 68° с.ш.

7. Показано, что существенным фактором пространственного распределения скорости изменения высоты поверхности служит расположение границ дренажных бассейнов. Ледоразделы часто играют роль границ зон с различными особенностями изменения

высоты ледника. Характер изменения высоты резко меняется при переходе через ледораздел.

8. Определено, что в южных и большей части прибрежных районов Гренландского ледникового щита значительное понижение высоты поверхности с 1992 года сменяется значительным ее увеличением в 1995 году. В то же время для большинства центральных районов северной части щита наблюдается устойчивый умеренный рост высоты.

9. Выделены три района (западный, юго-восточный и северо-восточный) различающиеся по характеру сезонных и межгодовых изменений высоты, что определяется циклоническим режимом районов. Показала зависимость характера сезонных изменений от высоты поверхности, определяющей степень влияния летнего таяния.

10. Изменения высоты Гренландского ледникового покрова, полученные по данным спутников ERS-1 и ERS-2, хорошо согласуются с изменениями скорости аккумуляции, установленными по результатам наземных измерений и модельных расчетов.

11. Выявлена зависимость изменения высоты поверхности ледникового щита от атмосферной циркуляции в районе Гренландии. Показано, что основным фактором, определяющим сезонные изменения высоты Гренландского ледникового щита, является положение Исландского барического минимума. С этим связана важная роль осенне-зимнего периода в межгодовых изменениях высоты ледового покрова Гренландии.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Greenland ice sheet elevation variations // In "Arctic environment variability in the context of global change", Eds.: Bobylev L.P., Kondratyev K.Ya., Johannessen O.M. - 2003. - Springer -Praxis, Chichester, UK. - 471 pp. (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.)

2. Изменение высоты гренландского ледникового щита с 1992 по 1999 г. по данным спутниковой альтиметрии // Вестник СПбГУ. Сер. 7. - 2003. - Вып. 2 - № 15. - С. 64 - 74 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

3. Исследование изменения высоты гренландского ледникового щита с использованием данных спутниковой радиоальтиметрии // Всероссийская Научная конференция «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами», г. Муром, Россия, 20-22 июня 2001 г. - С.87-91 (в соавторстве с Йоханнессеном О.М., Бобылевым Л.П., Бенгтссоном Л., Кузьминой С.И., Шалиной Е.В.).

4. Изменчивость климата в Арктике по спутниковым данным радиоальтиметрии // Всероссийская Научная конференция «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами», г. Муром, Россия, 20-22 июня 2001 г. - С. 3034 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

5. A Study of Greenland Ice Sheet Elevation Change by Using Satellite Altimeter Data // International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Sydney, Australia, 9-13 July, 2001. - On CDROM (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

6. Совместный анализ измерений радиоальтиметров со спутников ERS-1 и ERS-2 при исследовании изменения высоты Гренландского ледникового щита // Международный Симпозиум стран СНГ «Атмосферная радиация (МСАР-02)». г. СПб, Россия. 18-21 июня 2002 г. Тезисы докладов. С 113-114 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

7. Greenland Ice Sheet elevation change from 1992 to 1999 derived from ERS-1 and ERS-2 satellite altimeter measurements // International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Toulouse, France,-21-25 July, 2003. - On CDROM (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

8. Greenland ice sheet mass balance derived from satellite radar altimetry // World Climate Change Conference, Moscow, Russia, September 29 - October 3, 2003. - Abstracts. - p. 270 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

9. Surface elevation variability of Greenland ice sheet derived from satellite altimeter data // Arctic Climate System Study Conference, St.Petersburg, Russiall-14 November, 2003. - Abstracts. -p. 101 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

ХВОРОСТОВСКИИ КИРИЛЛ СЕРГЕЕВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 22.04.04. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ.л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 129. С 6 а.

Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СП6ТЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3

1122 0 9

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Хворостовский, Кирилл Сергеевич

Введение.

Глава 1 Климатическое и гляциологическое описание Гренландского ледникового щита по наземным и спутниковым данным.

1.1 Климат Гренландского ледникового щита.

1.2 Гляциология Гренландии.

1.2.1 Морфология Гренландского ледникового щита.

1.2.2 Баланс массы Гренландского ледникового щита.

1.3 Исследование Гренландского ледникового щита с помощью спутниковой радиоальтиметрии.

Глава 2 Методология использования данных спутниковых радиоальтиметров при исследовании ледниковых щитов.

2.1 Спутниковые радиоальтиметры и основы их работы.

2.1.1 Принцип измерения высоты.

2.1.2 Характеристика различных спутниковых радиоальтиметров.

2.2 Особенности спутниковых радиоальтиметричских измерений над ледниковыми щитами.

2.2.1 Влияние наклона поверхности.

2.2.2 Влияние шероховатости поверхности.

2.2.3 Влияние проникновения сигнала в снег.

2.3 Использованные данные и их характеристика.

2.3.1 Орбитальные поправки.

2.3.2 Атмосферные поправки.

2.3.3 Поправки, учитывающие наклон поверхности.

2.3.4 Характеристики сигнала и поправки ретрекинга.

2.3.5 Инструментальные поправки.

2.3.6 Приливные поправки.

2.4 Методы исследования изменения высоты Гренландского ледникового щита с использованием данных спутниковой радиоальтиметрии.

2.4.1 Использование точек пересечения орбит спутников.

2.4.2 Методы расчета изменения высоты.

2.4.3 Анализ пространственного распределения изменения высоты.

2.5 Исследование систематических ошибок оценки изменения высоты при сравнении данных со спутников ERS-1 и ERS-2.

2.5.1 Методика определения ошибок.

2.5.2 Результаты расчетов систематической ошибки разности измерения высоты со спутников ERS-1 и ERS-2.

3. Исследование изменения высоты Гренландского ледникового щита.

3.1 Скорость изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита, полученная отдельно по данным спутников ERS

1 и ERS-2.

3.2 Скорость изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита, полученная при совместном анализе данных со спутников ERS-1 и ERS-2.

3.2.1 Пространственное распределение скорости изменения высоты.

3.2.2 Изменения высоты во времени.

4 Анализ и интерпретация изменения высоты Гренландского ледникового щита.

4.1 Сравнение результатов исследований баланса массы Гренландского ледникового щита, выполненных с помощью наземных и дистнационных методов.

4.2 Влияние временной изменчивости скорости аккумуляции снега на изменения высоты поверхности.

4.3 Сравнение межгодовых и межсезонных изменений скорости аккумуляции и высоты Гренландского ледникового покрова.

4.4 Зависимость осадков от атмосферной циркуляции в районе Гренландского ледникового щита.

4.5 Зависимость высоты поверхности и баланса массы ледникового покрова Гренландии от летнего таяния.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временные изменения высоты Гренландского ледникового щита по данным спутниковой радиоальтиметрии"

Гренландский ледниковый щит, по сравнению с Антарктидой, представляет особый интерес при исследовании его взаимосвязи с климатическими изменениями, так как он к ним более чувствителен. Это обусловлено расположением Гренландии на пути движения циклонов, связанных с Исландским барическим минимумом, играющим существенную роль в формировании циркуляции атмосферы высоких широт. Кроме того, Гренландия находится в более теплом климате, что приводит к летнему таянию снега на поверхности ледникового покрова в южных и прибрежных районах. Результаты моделирования' [43] показывают, что, несмотря на увеличение скорости аккумуляции с увеличением температуры, общий поверхностный баланс массы в целом для всей территории Гренландского ледникового щита становится отрицательным при увеличении температуры в Гренландии на 2,7°С. В приграничной зоне абляции при потеплении ожидается быстрое экспоненциальное уменьшение массы ледникового щита вследствие уменьшения альбедо поверхности. Исследование современного состояния Гренландского ледникового щита является особенно актуальным вследствие изменения климата, в частности, потепления в полярных районах северного полушария, наблюдаемого в последние десятилетия;

Изменение состояния Гренландского ледникового щита важно также из-за значительного объема пресной воды, содержащейся в массе льда. Объем воды, которая ежегодно аккумулируется в виде снега на Гренландском ледниковом покрове и теряется при его таянии и в результате откалывания айсбергов эквивалентен поверхностному слою Мирового океана толщиной 1,4 мм. Весь объем льда Гренландского ледникового щита соответствует слою воды на поверхности Мирового океана 7,5 метров [12].

Традиционные наземные методы оценки изменения толщины полярных ледниковых щитов заключаются в определении разницы между значениями количества поступающей и расходуемой;масс воды. Однако значительные ошибки в нахождении этих значений приводят к неопределенности оценок баланса массы, составляющей ±25% [89].

В отличие от наземных методов, измерения высоты поверхности ледниковых покровов спутниковыми радиоальтиметрами дают возможность прямой оценки баланса массы, вследствие его взаимосвязи с изменением толщины и объема льда. Изменения высоты поверхности отражают изменения толщины ледникового покрова за вычетом вертикальных движений коренных пород, которые вызваны долгопериодными изменениями в массе льда, что сказывается на изменении нагрузки на земную кору. В результате, использование таких данных позволяет исследовать колебания баланса массы ледниковых щитов, изучать его временную и пространственную изменчивость. По сравнению с наземными; методами, использование спутниковых данных дает значительно более плотную сеть измерений и, поэтому, позволяет устранить существующую неопределенность в оценках изменения толщины ледниковых покровов в целом. При этом сравнительно короткие ряды спутниковых альтиметрических измерений позволяют оценить лишь поверхностный баланс массы, преимущественно обусловленный колебаниями количества осадков и таяния, имея в виду, что для внутренних районов ледниковых щитов скорость течения льда для интервалов времени от нескольких лет до нескольких десятилетий может приниматься постоянной.

К настоящему времени различными; учёными проведен ряд исследований изменения высоты южной, до 72° с.ш., части Гренландского ледникового щита с помощью радиоальтиметрических измерений со спутников Seasat и Geosat для периода с 1978 по 1998 гг. Вместе с тем альтиметры на этих спутниках были сконструированы для проведения измерений только над водной поверхностью, что ограничивало их использование при изучении ледниковых покровов, имеющих более шероховатую поверхность. Радиоальтиметрические измерения с европейских спутников ERS-1 - с 1992 по 1996 гг., и ERS-2 - с 1995 г. по настоящее время, позволили впервые получить данные для всей территории Гренландского ледникового покрова. Это обусловлено большим углом наклона орбит этих спутников» по сравнению с орбитами Seasat и Geosat. Кроме того, радиоальтиметры этих спутников имеют два режима работы, один из которых специально предназначен для. измерения высоты поверхности льда. В 90-х гг. прошлого века в рамках международной программы PARCA (Program for Arctic Regional Climate Assessment), посвященной исследованию Гренландского ледникового покрова, определение изменения объема его льда было выполнено с помощью высокоточных измерений с самолета с помощью лазерного альтиметра. Также в рамках этой программы еще одна оценка баланса массы всего Гренландского ледникового щита была получена исходя из наземных измерений аккумуляции и скорости течения льда. Однако пространственная и временная плотность как самолетных, так и наземных измерений значительно уступает спутниковым. Таким образом, анализ изменения высоты поверхности Гренландского ледникового покрова по данным измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 позволяет существенно улучшить понимание его современного состояния. При этом; к настоящему времени, в научных изданиях нет публикаций, посвященных таким исследованиям. Важность изучения Гренландского ледникового щита и указанные выше преимущества использования радиоальтиметрических измерений со спутников ERS-1 и ERS-2 обусловливают несомненную актуальность этих исследований.

Цели и задачи исследования

Таким образом, исходя из вышеизложенного, основной целью диссертационной работы является исследование колебаний высоты поверхности Гренландского ледникового щита за период с 1992 по 1999 гг. на основе совместного использования данных измерений радиоальтиметров со спутников ERS-1 (1992-1996) и ERS-2 (1995-1999). Для достижения этой цели были сформулированы и решены следующие задачи:

4. Исследование временной изменчивости высоты ледникового покрова в различных районах Гренландии

5: Анализ зависимости высоты Гренландского ледникового щита, полученной по данным спутников ERS-1 и ERS-2, от климатических и гляциологических факторов.

Материал исследований

Для исследования изменения высоты Гренландского ледникового щита были использованы данные измерений радиоальтиметров со спутников Европейского космического Агентства ERS-1 и ERS-2, предоставленные американским Центром космических полетов имени Годцарда (Goddard Space Flight Center), НАС A, содержащие информацию о полученных альтиметром сигналах и результатах их обработки. При этом для каждого измерения дается его точное местоположение, время и исправленное значение высоты поверхности относительно эллипсоида. Кроме того, данные содержат значения параметров, описывающих полученные альтиметром сигналы, отраженные от поверхности ледника, а также значения поправок, которые необходимо учитывать при использовании данных. При проведении расчетов использовались только данные измерений, полученные при работе альтиметров в ледовом режиме, предназначенном для измерений над поверхностью ледниковых щитов. При анализе и интерпретации результатов расчетов изменения высоты Гренландского ледникового щита использовались данные шурфов об аккумуляции снега, моделирования количества осадков, реанализа атмосферного давления, а также другие разнообразные литературные данные.

Методы исследований

В работе использовались методы оценки изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита, основанные на сравнении измерений, проведенных в разные моменты времени, в точках пересечения восходящих и нисходящих орбит спутника. Для: расчета изменения высоты применялись два метода. Один из них, позволяющий одновременно использовать все точки пересечения орбит, использовался для оценки скорости изменения высоты в целом за рассматриваемый период времени. Другой метод использовался при построении временных рядов изменения высоты для анализа ее сезонных и межгодовых изменений. Расчеты проводились для ячеек 0,5° широты и 1° долготы, размер которых обусловлен, с одной стороны, требуемой детальностью пространственного распределения, а с другой, количеством данных, используемых для расчетов внутри каждой ячейки.

Научная новизна

Научная и практическая значимость

Результаты проведенного исследования позволяют лучше понять современное состояние Гренландского ледникового щита, оценить его вклад в изменение уровня мирового океана. Анализ пространственной и временной изменчивости высоты поверхности ледникового покрова; как индикатора совокупного воздействия различных климатологических факторов могут быть использованы при исследовании глобальных изменений климата.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Выявлено, что высота всего Гренландского ледникового щита за период времени с 1992 по 1999 гг. возрастала в среднем со скоростью 4,3 см/год. При учете же изостатического поднятия подстилающего коренного ложа Гренландии, являющегося реакцией ледникового щита на уменьшение массы льда в течение Голоцена, скорость увеличения толщины ледникового щита за рассматриваемый период составила около 3,8 см/год.

4. Предложенная методика учета систематической ошибки разности измерений высоты поверхности ледникового щита радиоальтиметрами со спутников ERS-1. и ERS-2 позволила существенно повысить точность оценок изменения этой высоты. Анализ этой ошибки показал, что она имеет пространственно неоднородный характер распределения, преимущественно зависящий от угла наклона поверхности ледника.

Личный вклад автора

1) Сбор данных радиоальтиметрических измерений высоты поверхности Гренландского ледникового покрова со спутников ERS-1 и ERS-2.

2) Создание программы нахождения точек пересечения орбит спутников и создание базы данных измерений в этих точках.

3) Разработка алгоритмов и программ расчета скорости изменения высоты поверхности ледникового щита и построения временных рядов этого изменения.

4) Разработка методики учета систематической ошибки разности измерений высоты поверхности ледникового щита радиоальтиметрами со спутников ERS-1 и ERS-2 и проведение анализа этой ошибки.

5) Анализ пространственного распределения скорости изменения высоты Гренландского ледникового щита. Исследование сезонных и межгодовых изменений высоты в различных его районах.

6) Сравнение изменения высоты с наземными и модельными данными об i аккумуляции.

7) Анализ зависимости изменений высоты от атмосферной циркуляции в районе Гренландии.

Апробация работы

Результаты работы докладывались на Всероссийской Научной конференции «Дистанционное зондирование земных покровов и атмосферы аэрокосмическими средствами» (Муром, 2001), на симпозиуме «International Geoscience And Remote Sencing Simposium» (Сидней, Австралия, 2001 и Тулуза, Франция, 2003), на 20-м и 22-м Всероссийских симпозиумах «Радиолокационное исследование окружающей среды» (Санкт-Петербург, 2001 и 2003), на Международном Симпозиуме стран СНГ «Атмосферная радиация-02» (2002), на конференции «World Climate Change Conference» (Москва, 2003) и на конференции «Arctic Climate System Study Conference» (Санкт-Петербург, 2003), а также на семинарах научного фонда Международный центр по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена (Санкт-Петербург, 1999-2003). Основные результаты диссертационной работы опубликованы в разделе монографии (Greenland ice sheet elevation variations // In "Arctic environment variability in the context of global, change", Eds.: Bobylev L.P., Kondratyev K.Ya., Johannessen O.M. - 2003. - Springer - Praxis, Chichester, UK. - 471 pp.), в 5 статьях и трудах конференций, 3 тезисах докладов, 2 отчетах по НИР.

Благодарности

Пользуясь возможностью, автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность за постоянную помощь в проведении исследований, обсуждении и анализе результатов научному руководителю, директору «Нансен

Центра», к.ф.-м.н. Л.П.Бобылеву и научному консультанту, д.г.н., проф. Арапову П.П. Автор выражает также благодарность директору Центра по окружающей среде и дистанционному зондированию им. Нансена (Берген, Норвегия) проф. Оле М. Йоханнессену за поддержку исследования; и ценные советы, а также коллективу «Нансен-Центра» за помощь в выполнении работы. Работа выполнена при поддержке программы "Nansen Fellowship Programm" .

Краткое содержание работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Хворостовский, Кирилл Сергеевич

Заключение

В заключении можно сформулировать основные результаты диссертационной работы:

1. Для проведения всестороннего изучения: изменения высоты Гренландского ледникового щита была сформирована база данных измерений радиоальтиметров со спутников ERS-1 (1992 - 1996 гг.) и ERS-2 (1995 - 1999 гг.) во всех имеющихся точках пересечения орбит этих спутников.

3. Разработаны алгоритмы и программы расчета изменения высоты поверхности, основанные на данных измерений спутниковых радиоальтиметров, что использовано для оценки скорости изменения ■ высоты поверхности ледникового щита и построения временного ряда среднесезонных значений этих изменений.

4: Разработана методика учета систематической ошибки разности измерений высоты поверхности ледникового щита радиоальтиметрами спутников ERS-1 и ERS-2. Показано, .что эта систематическая ошибка имеет пространственно неоднородный характер распределения, преимущественно зависящий от угла наклона поверхности, изменяясь в среднем от нескольких сантиметров в районах с углом наклона поверхности < 0,1° до десятков сантиметров в приграничной зоне Гренландского ледникового щита. При использовании только точек пересечения орбит разных спутников неучет такой систематической ошибки приводит к завышению оценки скорости изменения высоты от 2 см/год в высоких районах плато до более 20 см/год в зоне абляции.

6. В пространственном распределении скорости изменения высоты поверхности в целом за исследуемый период отмечается ее увеличение для большей части внутренних районов ледникового щита и уменьшение в большинстве приграничных районов. Уменьшение наблюдается: в юго-восточной части Гренландии южнее 66° с.ш., на западном побережье северной части ледникового покрова, на восточном побережье в районе ледника Кангердлугссуаг около 69° с.ш., в районе северо-восточного ледникового потока около 79° с.ш.

Наибольший рост высоты поверхности наблюдается : на юго-западе Гренландии южнее 67° с.ш, в северо-западной части ледникового покрова - севернее 79° с.ш. и западнее 50° з.д., в приграничном районе на востоке Гренландии около 68° с.ш.

8. Определено, что в южных и большей части прибрежных районов Гренландского; ледникового щита значительное понижение высоты поверхности с 1992 года сменяется значительным ее увеличением в 1995 году. В то жег время для большинства центральных районов северной части щита наблюдается устойчивый умеренный рост высоты.

9. Выделены три района (западный, юго-восточный и северо-восточный) различающиеся по характеру сезонных и межгодовых изменений высоты, что определяется циклоническим режимом районов. Показана зависимость характера сезонных изменений от высоты поверхности, определяющей степень влияния летнего таяния.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что основная цель диссертационной работы достигнута - на основе использования измерений радиоальтиметров спутников ERS-1 и ERS-2 выполнено исследования изменения высоты поверхности Гренландского ледникового щита за период с 1992 по 1999 г. и проведен всесторонний анализ полученных результатов.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Хворостовский, Кирилл Сергеевич, Санкт-Петербург

1. Кремер Н.Ш. Теория вероятности и математическая статистика. М: Юнити, 2003.-574 с.

2. Кренке А.Н. Массообмен в ледниковых системах на территории CCCP.-JI.: Гидрометиздат, 1982. 288 с.

3. Путнинс П. Климат Гренландии. В кн.: Климат полярных районов. JL: Гидрометеоиздат. - 1973. - С. 12 - 169.

4. Abdalati W., Steffen К. Greenland ice sheet melt extent: 1979-1999 // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - No. D24. - pp. 33983 - 33988.

5. Arthem R. J., Wingham D. J. The natural fluctuations of firn densification and their effect on the geodetic determination of ice sheet mass balance // Clim. Change. -1998. Vol. 40. - No. D24. - pp. 605 - 624.

6. Bales R.C., McConnell J. R., Mosley-Thompson E., Csatho B. Accumulation over the Greenland ice sheet from historical and recent records // J. Geophys. Res. 2001.-Vol. 106. - No. D24. - pp. 33813 - 33825.

7. Bamber J. L. Ice sheet altimeter processing scheme // Int. J. Remote Sensing. 1994. - Vol. 15.-No. 4.-pp. 925-938.

8. Bamber J. L. A digital elevation model of the Antarctic Ice Sheet derived from ERS-1 altimeter data and comparison with terrestrial measurement // Ann. Glaciol. 1994. - Vol. 20.-pp. 48-54.

9. Bamber J. L., Bindschadler R. A. An improved elevation dataset for climate and ice-sheet modelling: validation with satellite imagery // Ann. Glaciol. 1997. -Vol. 25. - pp. 439-444.

10. Bamber J. L., Ekholm S., Krabill W. The accuracy of satellite radar altimeter data over the Greenland Ice Sheet determined from airborne laser data // Geophys. Res. Lett. 1998. -Vol.25.-No. 16.-pp. 3177-3180.

11. Bamber J. L., Layberry R. A new ice thickness and bed data set for the Greenland ice sheet 1 // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - No. D24. - pp. 33773 - 33780.

12. Bilitza D., Koblinsky C., Beckley В., Zia S., Williamson R. Using IRI for the computation of ionospheric corrections for altimeter data analysis // Adv. Space Res. -1995.-Vol. 15.-No. l.pp. (2)113-(2)119, 1995.

13. Braithwaite R. J. Is the Greenland ice sheet getting thicker? // Clim. Change. 1993. -Vol; 23.-pp. 379-381.

14. Brenner A. C., Bindschadler R. A., Thomas R. H., Zwally H. J. Slope-induced errors in radar altimetry over continental ice sheets // J. Geophys. Res. 1983. - Vol. 88. - pp. 1617-1623.

15. Brisset L., Remy F. Antarctic topographyand kilometer-scale roughness derived from ERS-1 altimetry// Ann. Glaciol. 1996. - Vol. 23. - pp. 374 - 381.

16. Bromwich D.H., Robasky F.M. Recent precipitation trends over the polar ice sheets // Meteorol. Atmos. Phys. 1993. - Vol. 51. - pp. 259 - 274.

17. Bromwich D.H., Chen Q.S., Li Y.F., Cullather R.I. Precipitation over Greenland and its relation to the North Atlantic Oscillation. // J. Geophys. Res. 1999. - Vol. 104. -No. D18. - pp. 22103 - 22115.

18. Bromwich D.H., Chen Q., Bai L., Cassano E. N., Li Y. Modeled precipitation variability over the Greenland ice sheet // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - D24. -pp. 33891 -33908.

19. Brooks R. L., Campbell W. J., Ramseier R. O., Stanley H. R., Zwally H. J. Ice sheet topography by satellite altimetry // Nature. 1978. - Vol. 274. - pp. 539 - 543.

20. Chen Q., Bromwich D.H., Bai L. Precipitation Over Greenland Retrieved by a Dynamic Method and Its Relation to Cyclonic Activity // J. Climate. 1997. - Vol. 10. -pp. 839-870.

21. Cudlip W., Milnes M. Overview of altimeter processing at the U.K. Earth Observation Data Centre. // Int. J. Remote Sensing. 1994. - Vol. 15. - pp. 871 - 887.

22. Cudlip W., Mantripp D.R., Wrench C. L., Griffits H. D., Sheehan D.V., Lester M., Leigh R.P., Robinson T.R. Corrections for altimeter low level processing at the Earth Observation Data Centre. // Int. J. Remote Sensing. 1994. - Vol. 15. - pp. 889 - 914.

23. Davis С. H. A surface and volume scattering retracking algorithm for ice sheet altimetry // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1993. - Vol. 31. - No. 4 - pp. 811 -818.

24. Davis C.H. Growth of the Greenland ice sheet: A performance assessment of altimeter retracking algorithms // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. — 1995. Vol. 33. - No. 5. - pp. 1108-1116.

25. Davis С. H. A robust threshold retracking algorithm for measureing ice sheet surface elevation change from satellite radar altimeters // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. -1997. Vol. 35. - No. 4. - pp. 974 - 979.

26. Davis С. H., Cluever C. A., Haines B. J. Elevation change of the Southern Greenland Ice Sheet // Science. 1998. - Vol. 279. - pp. 2086 - 2088.

27. Davis С. H., Cluever C. A., Haines B. J. Growth of the Southern Greenland Ice Sheet letter //Science. 1998.-Vol. 281.-p. 1251.

28. Davis C.H., Kluever C.A., Haines B.J., Perez C., Yoon Y.T. Improved elevation-change measurement of the southern Greenland ice sheet from satellite radar altimetry // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 2000. - Vol. 38. - No. 3. - pp. 1367 - 1378.

29. Davis С. H., McConnell J. R., Bolzan J., Bamber J. L., Thomas R. H., Mosley-Thompson E. Elevation change of the southern Greenland ice sheet from 1978 to 1988: Interpretation // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - No. D24. - pp. 33743 -33754.

30. Douglas B.C., Cheney R.E., Miller L., Agreen R.W. Greenland ice sheet: It is growing or shrinking? // Science. 1990. - Vol. 248. - p. 288.

31. Ekholm S. A full coverage, high-resolution, topographic model of Greenland computed from a variety of digital elevation data // J. Geophys. Res. 1996. - Vol. 101. - No. B10. - pp. 21961 - 21972.

32. Femenias P. ERS QLOPR and OPR Range Processing. // ERTNRS-RA-0022, May 1997.

33. Femenias P, M. Annalisa. ERS-2 AOCS Mono-gyro Attitude Software Quailification Period, Radar Altimeter Data Analysis // ERS-TN-ADQ-GSOxxx, March 2000.

34. Genthon C., Braun A. ECMWF analyses and prediction of the surface climate of Greenland and Antarctica // J. Climate. 1995. - Vol. 8. - pp. 2324 - 2332.

35. Hamilton G. S., Whillans I. M. Point measurements of mass balance of the Greenland ice sheet using precision vertical Global Positioning System (GPS) surveys // J. Geophys. Res. 2000. - Vol. 105. - No. B7. - pp. 16295 - 16301.

36. Hanna E., Valdes P., McConnell J. Patterns and variations of snow accumulation over Greenland, 1978-98, from ECMWF analyses, and their verification // J. Climate. -2001. Vol.,14. - pp. 3521 - 2535.

37. Harding R.J., Johnson R.C., Soegaard H. The energy balance of snow and partially snow covered areas in,western Greenland // Int. J. Climatol. 1995. - Vol. 15. - pp. 1043- 1058.

38. Herzfeld U.C., Linge C.S., Lee L.H. Recent advance of the grounding line of Lambert Glacier, Antarctica, deduced from satellite altimetry// Ann. Glaciol. 1994. - Vol. 20. -pp. 43-47.

39. Hurrell J.W., Kushnir Y., Ottersen G. Visbeck M. (Eds.). The North Atlantic Oscillation: Climate Significance and Environmental Impact // Geophysical Monograph series. 2003. Vol. 134. - American Geophysical Union, Washington, DC.-279 pp.

40. Huybrechts P., Letreguilly A. Reeh N. The Greenland ice sheet and greenhouse warming // Paleogeogr., Paleoclimatol., Paleoecol. (Global Planet. Change Sect.). -1991. Vol. 89. - pp. 399 - 412.

41. Huybrechts P. The present evolution of the Greenland ice sheet: An assessment by modeling // Global Planet. Change. 1994 —Vol. 9. - pp. 39 - 51.

42. Krabill W., Thomas R., Martin C., Swift R., Frederick E. Accuracy of airborne laser altimetry over the Greenland ice sheet // Int. J. Remote Sensing; 1995. - Vol: 16. -pp. 1211 - 1222.

43. Krabill W., Frederick E., Manizade S., Martin C., Sonntag J., Swift R., Thomas R., Wright W., Yungel J. Rapid thinning of pits of the Southern Greenland ice sheet -Science. 1999. - Vol. 283. - pp. 1522 - 1524.

44. Krabill W., Abdalati W., Frederick E., Manizade S., Martin C., Sonntag J., Swift R., Thomas R., Wright W., and Yungel J. Greenland ice sheet: High-elevation balance and peripheral thinning // Science. 2000. - Vol. 289. - pp. 428 - 429.

45. Layberry R., Bamber J.L. A new ice thickness and bed data set for the Greenland ice sheet 2, Relationship between dynamics and basal topography // J. Geophys. Res. -2001. Vol. 106. - D24. - pp. 33781 - 33788.

46. Legresy В., Remy F. Altimetric observations of surface characteristics of the Antarctic ice sheet. // J. Glaciol. 1997. - Vol. 43. - No. 144. - pp. 265 - 275.

47. Legresy В., Remy F. Using the temporal variability of satellite radar altimetric observations to map surface properties of the Antarctic ice sheet // J. Glaciol. 1998 -Vol. 44. - No. 147. - pp. 197 - 206.

48. Letreguilly A., Huybrechts P., Reeh N. Steady-state characteristics of the Greenland ice-sheet under different climates // J. Glaciol. 1991. - Vol. 37. - No. 125. - pp. 149 -157.

49. Lingle C. S., Lee L.-H., Zwally H. J., Seiss Т. C. Recent elevation increase on Lambert Glacier, Antarctica, from orbit crossover analysis of satellite radar altimetry // Ann. Glaciol. 1994. - Vol. 20. - pp. 26 - 32.

50. Lingle C. S., Covey D. N. Elevation changes on the East Antarctic ice sheet, 1978-93, from satellite radar altimetry: A preliminary assessment // Ann. Glaciol. 1.998. - Vol. 27, pp.7 - 18.

51. Martin Т. V., Zwally H. J., Brenner A. C., Bindschadler R. A. Analysis arid retracking of continental ice sheet radar altimeter waveforms // J. Geophys. Res. 1983. - Vol. 88. - No. C3. - pp. 1608-1616.

52. McConnell J. R., Bales R.C., Stewart R.W., Thompson A.M., Albert M.R., Ramos. Physically based modeling of atmosphere-to-snow-to-firn trnansfer of Н2Ог at South Pole // J. Geophys. Res. 1998. - Vol. 103. - pp. 10561-10570.

53. McConnell J. R., Mosley-Thompson E., Bromwich D. H., Bales R. C., Kyne J. D. Interannual variations of snow accumulation on the Greenland Ice Sheet (1985-1996):

54. New observations versus model predictions // J. Geophys. Res. 2000. - Vol. 105. — No. D3. — pp. 4039 - 4046.

55. McConnell J. R., Lamorey G., Mosley-Thompson E., Bales R., Burkhart J., Hanna E., Kyne J. Annual net snow accumulation over southern Greenland from 1975 to 1998 // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - D24. - pp. 33827 - 33837.

56. Mote, T. L. Mid-tropospheric circulation and surface melt on the Greenland ice sheet, part I, Atmospheric teleconnections // Int. J. Climatol. 1998. - Vol. 18. - pp. Ill -130.

57. Neftel, A. The records of gases and reactive species in ice cores, and problems of interpretation, in Chemical Exchange В eetrween the Atmosphere and Polar Snow, edited by E.W. Wolff and R. Bales // Springer-Verlag, New York. 1996. - pp. 541 -557.

58. Newkirk M. H., Brown G. S. A waveform model for surface and volume scattering; from ice and snow // IEEE Trans. Geosci. Remote Sensing. 1996. - Vol. 34. - No. 2. - pp. 444 - 454.

59. Ohmura A., Reeh N. New precipitation and accumulation maps for Greenland // J. Glaciol.- 1991.-Vol. 37.- pp. 140 148.

60. Ohmura A., Wild M., Bengtsson L. A possible change in mass balance of Greenland and Antarctic ice sheets in the coming century // J. Clim. 1996. — Vol. 9. - pp. 2124 -2135.

61. Ohmura A., Calanca P., Wild M., Anklin M. Precipitation, accumulation and mass balance of the Greenland ice sheet // Z. Gletscherk. Glazialgeol. 1999. - Vol. 35. -pp. 1-20.

62. Paterson W. B. The Physics of Glaciers // Elsevier Sci., New York. 1994. - 480 pp.

63. Remy F, Mazzega P., Houry S., Brassier C., Minster J. F. Mapping of the topography of continental ice by inversion of satellite-altimeter data // J. Glaciol. 1989. — Vol. 35.-No. 119.-pp. 98-107.

64. Remy R. F, Legresy В., Bleuzen S., Vincent F., Minster J. F. Dual-frequency Topex altimeter observations of Greenland// J. Electromagnetic Waves Applications. 1996. -Vol. 10.-pp. 1507 1525.

65. Remy R. F, Minster J. F. Antarctica ice sheet curvature and its relation with ice flow // Geophys. Res. Lett. 1997- Vol. 24. - No. 9 - pp. 1039 - 1042.

66. Ridley J. K., Partington C. A model of satellite radar altimeter return from ice sheets // Int. J. Remote Sensing. 1988. - Vol. 9. - No. 4. - pp. 601 - 624.

67. Robin G. DE Q. Mapping the Antarctic ice sheet by satellite altimetry // Can. J. Earth Sci. 1966. - Vol. 3. - pp. 893 - 901.

68. Robin G. de Q. Depth of water-filled crevasses that are closely spaced// J. Glaciol. -1974.-Vol. 13.-p. 543.

69. Satellite Altimetry and Earth Sciences, edited by Fu L., Cazenave A. // Academic, San Diego, Calif., 2001.

70. Sharroo R., Remko, Visser P. Precise orbit determination and gravity field improvement for the ERS Satellites // J. Geophys. Res. 1998. - Vol. 103. - No. C4. -pp. 8113-8127.

71. Shuman C.A., Steffen K., Box J.E., Stearn C.R. A dozen years of temperature observation at the Summit: Central Greenland automatic weather stations 1987-1999 // J. Appl. Meteorol. 2001 - Vol. 40. - No. 4. - pp. 741 - 752.

72. Steffen K. Warm water cells in the North Water, northern Buffin Bay during winter // J. Geophys. Res.- 1985.- Vol. 90.-pp. 9129-9136.

73. Tapley B.D., Watkins M., Ries J., Davis G., Eanes R., Poole S., Rim H., Schutz В., Shum G. K., Nerem R. S., Lerch F., Marshall J. A., Klosko S., Pavlis N., Williamson R. The joint gravity model // J. Geophys. Res. 1996. - Vol. 101. - pp. 28029-28049.

74. Thomas R. H., Martin Т. V., Zwally H. J. Mapping ice-sheet margins from radar altimetry data // Ann. Glaciol. 1983. Vol. 4. - pp. 283 - 288.

75. Thomas R. H., Davis С. H., Frederick E., Manizade S., Krabill W., McConnell J., Sonntag J. 20-year time series of Greenland ice-sheet thickness change from radar and laser altimetry // Polar Geogr. 1999. - Vol. 23. - pp. 169 - 184.

76. Thomas R., Akins Т., Csatho В., Fahnestock M., Gogineni P., Kim C., Sonntag J. Mass balance of the Greenland ice sheet at high elevations // Science. 2000. - Vol. 289.-pp. 426-427.

77. Thomas R., Csatho В., Davis C., Kim C., Krabill W., Manizade S., McConnell J. Sonntag J. Mass balance of higher-elevation parts of the Greenland ice sheet // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - No. D24. - pp. 33707 - 33716.

78. Wahr J. Т., van Dam Т., Larson К. M., Francis O. GPS measurements of vertical crustal motion in Greenland // J. Geophys. Res. 2001. - Vol. 106. - D24. - pp. 33755-33760.

79. Warrick R.A., Le Provost C., Meier M.F, Orlemans J., Woodward P.L. In "Climate Change 1995: The Science of Climate Change" // IPCC Report, (J.T.Houghton et al., eds.). Cambridge Univ. Press, Cambridge. - 1996. - Ch. 7. - pp. 359 - 405.

80. Whittaker L.M., Horn L.H. Geographical and seasonal distribution of North American cyclogenesis, 1958-1977//Mon. Wea. Rev. 1981.-Vol. 109.-pp. 2312-2322.

81. Wingham D.J. Elevation change of the Greenland Ice Sheet and its measurement with satellite radar altimetry // Phil. Trans. R. Soc. Lond. A. 1995. - Vol. 352. - pp. 335 -346.

82. Wingham D. J., Ridout A. J., Scharroo R., Arthern R., Shum С. K. Antarctic elevation change from 1992 to 1996 // Science. 1998. - Vol. 282. - No. 5388. - pp. 369 - 580.

83. Wolff E. Location, movement and reaction of impurities in solid ice // In "Chemical Exchange Between the Atmosphere and Polar Snow", edited by E.W. Wolff and R. Bales. 1996. - Springer-Verlag, New York. - pp. 45 - 69.

84. Zwally H.J. Untilted discussion point // J. Glaciol. 1975. - Vol. 15. - No. 73. - p. 444.

85. Zwally H.J. Microwave emissivity and accumulation rate of polar firn. J. Glaciol., 18(79), 195-215, 1977.

86. Zwally H. J., Bindschadler R. A., Brenner A. C., Martin Т. V., Thomas R. H. Surface elevation contours of Greenland and Antarctic ice sheets // J. Geophys. Res. 1983. -Vol. 88. - No. 3.-pp. 1589-1596.

87. Zwally H. J., Major A., Brenner A. C., Bindschadler R. A. Ice measurements by Geosat radar altimetry // Johns Hopkins APL Tech. Dig. 1987. - Vol. 8. - No. 2. -pp. 251 -254.

88. Zwally H. J., Stephenson S.N., Bindschadler R. A., Thomas R. H. Antarctic ice-shelf boundaries and elevations from satellite radar altimetry // Ann. Glaciol. 1987. - Vol. 9.-pp. 229-235.

89. Zwally H. J., Brenner A. C., Major J. A., Bindschadler R. A., Marsh J. G. Growth of Greenland ice sheet: Measurement // Science. 1989. - Vol. 246. - pp. 1587 - 1589.

90. Zwally H. J. Growth of Greenland ice sheet: Interpretation // Science. 1989. - Vol. 246.-pp. 1589- 1591.

91. Zwally H. J., Brenner A. C., DiMarzio J. P. Growth of the Southern Greenland ice sheet// Science. 1998. - Vol. 281. - No. 5381. - p. 1251.

92. Zwally H.J., Giovinetto M.B. Spatial distribution of surface mass balance on Greenland // Ann. Glaciol. 2000. - Vol. 31. - pp. 126 - 132.

93. Zwally H. J., Brenner A. C. Ice sheet dynamics and mass balance // In "Satellite Altimetry and Earth Sciences", edited by L. Fu and A. Cazenave. Academic, San Diego, Calif. -2001. Chap. 9. - pp. 351 -369.

94. Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

95. Изменение высоты гренландского ледникового щита с 1992 по 1999 г. по данным спутниковой альтиметрии // Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2003. - Вып. 2 - № 15. - С. 64 - 74 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

96. A Study of Greenland Ice Sheet Elevation Change by Using Satellite Altimeter Data // International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Sydney, Australia, 9-13 July, 2001. On CDROM (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

97. Greenland ice sheet mass balance derived from satellite radar altimetry // World Climate Change Conference, Moscow, Russia, September 29 October 3, 2003. - Abstracts. - p. 270 (в соавторстве с Бобылевым JI.П. и Йоханнессеном О.М.).

98. Surface elevation variability of Greenland ice sheet derived from satellite altimeter data // Arctic Climate System Study Conference, St.Petersburg, Russiall-14 November, 2003. Abstracts, - p. 101 (в соавторстве с Бобылевым Л.П. и Йоханнессеном О.М.).

Информация о работе

Хворостовский, Кирилл Сергеевич
кандидата географических наук
Санкт-Петербург, 2004
ВАК 25.00.30

Диссертация

Пространственно-временные изменения высоты Гренландского ледникового щита по данным спутниковой радиоальтиметрии - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы