南极洲是世界上惟一没有污染的大陆，南极洲原始的自然环境，为科学家进行气象，冰川、地质、海洋、生物等学科的科学研究提供了最广阔的天然实验室。到目前为止，已有包括中国在内的18个国家，在南极洲建立了140多个科学考察站。南极洲作为表层被冰川覆盖的特殊大洲，在全球生态系统中具有极其重要的作用。然而，自工业化以来，温室效应已经给南极洲带了巨大的消极影响，温室效应在南极地区甚至有被放大的特点。伴随着气温的上升，南极洲大陆的冰川和冰架正在加速消融[1]。本文利用2003年前后和2010年前后两期MODIS数据，采取计算机自动分类技术辅以人工解译，对南极洲大陆及周边冰架进行了两期遥感调查，并尝试对其变化趋势进行初步分析。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

本研究采用的2003年前后和2010年前后两期南极洲地区MODIS数据，其中2003年前后南极洲数据是由北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院提供，2010年前后南极洲数据是收集MODIS L1B数据与2003年MODIS数据结合，经过配准、纠正等图像处理得到。

1.2 数据处理

MODIS L1B 数据包含36个波段，本研究采用的CH1、CH4、CH3真彩色波段组合，其中CH1分辨率为250 m，CH3和CH4分辨率为500 m。选取ENVI4.8进行了必要的图像拼接和色彩平衡等其他处理工作。

1.3 图像自动分类

1.3.1 分类系统的建立

根据南极地表覆盖类型较少的特点，结合当前国内外大区域地表覆盖分类系统，提出南极洲地表覆盖分类系统。南极洲地表覆盖分为4个Ⅰ级类：1水体、2冰/雪、3岩石/土壤、4植被。10个Ⅱ级亚类：11湖泊、12海湾、21冰雪地、22冰川、23冰架、24蓝冰、25海冰、31岩石、32土壤、41植被[2]。考虑到本次研究仅针对冰川相关信息，故将南极洲地物分为大陆冰川、冰架、蓝冰和裸岩四大类型。其中蓝冰是冰川的一种特殊表现形式。

1.3.2 决策树分类

利用ENVI4.8软件，依据不同地物的光谱特征，确定分类的合适阈值，同时利用已有南极大陆陆地范围的矢量文件，通过空间计算区分冰川与冰架两大类型。

2 结果与分析

2.1 2003年和2010年南极洲冰川遥感调查分析

通过收集利用2003年MODIS数据，对南极地区冰川、冰架、蓝冰和裸岩等冰川要素进行信息提取。南极洲陆地面积为1240.08万km2，其中陆地面积中98.59%的面积被冰川所覆盖。大陆冰川中还有3.76万km2的冰川为蓝冰，占大陆冰川面积的0.31%。冰架是指陆地冰，或与大陆架相连的冰体，并延伸到海洋的那部分。崩解后的冰架成为冰山，或者说冰山的来源就是冰架的崩解。冰架有大有小，大的冰架可达数万平方千米。南极洲是全球冰架面积最大的区域。2003年度，南极冰架面积188.80万km2，包括世界著名的罗斯冰架和龙尼—菲尔希纳冰架。罗斯冰架是一个巨大的三角形冰筏，几乎塞满了南极洲海岸的一个海湾。它宽约800 km，向内陆方向深入约970 km，是最大的浮冰。一部分海岸线是一条连续不断的悬崖线，在其他地方则是有海湾和岬角。冰的厚度在185~760 m间变化。调查显示，罗斯冰架面积为558072.52 km2，占冰川总体面积的29.56%。

龙尼—菲尔希纳冰架位于西南极洲威德尔海沿岸，被伯克纳岛分为两部分，岛西为面积较大的龙尼冰架，东为菲尔希纳冰架。东临科茨地，西为南极半岛。遥感调查表明，龙尼—菲尔希纳冰架冰架面积为457433.98 km2，占南极冰川总体面积的24.23%。沙克尔顿冰架是南极洲第三大冰架，位于南极玛丽皇后海岸。调查表明,沙克尔顿冰架面积为61605.04 km2，占南极冰川总体面积的3.26%。

利用2010年南极洲MODIS数据，再次对南极洲冰川因子进行遥感调查，并得到如下具体数据。2010年度南极洲陆地面积为1240.08万km2，其中大陆冰川面积为1223.71万km2，陆地面积中98.59%的面积被冰川所覆盖，此外大陆冰川中还有2.70万km2的冰川为蓝冰，占大陆冰川面积的0.22%。

调查表明，2010年度南极洲冰架面积为187.46万km2，其中罗斯冰架面积为555649.89万km2，龙尼—菲尔希纳冰架面积为468042.64万km2，沙克尔顿冰架面积55547.79万km2，分别占南极冰架总体面积的30.03%、19.10%和5.65%。

2.2 2003~2010年南极洲冰川变化趋势分析

通过对南极洲2003年和2010年MODIS数据冰川因子的遥感调查，从宏观上查明南极洲大陆冰川分布区域情况和具体分布面积，同时利用两期数据的对比分析，得到南极洲冰架的面积和变化情况。南极洲冰川变化趋势总体上呈现如下几个特点：

（1）冰川覆盖面积相对稳定

从二维角度分析，近十年来南极洲冰川总体覆盖面积未见明显变化。2003年监测冰川覆盖面积为12383471.74 km2，2010年监测冰川覆盖面积为12383457.54 km2，面积减少万分之 0.011。由此可见，南极洲冰川覆盖面积近十年变化相对稳定。

（2）冰架面积总体减少

冰架作为南极洲冰川的重要组成部分，同时也是反映南极洲冰川变化一个重要标志，在南极洲冰川变化情况调查中有着其特殊的研究意义。虽然本次研究并未对南极洲大陆冰川消融情况进行调查研究，但冰架的面积变化，间接反应了南极洲冰川消融情况。

冰架是南极洲冰川最不稳定的要素，随着冰川的迁移表现出冰架的不断延伸和崩解。遥感监测表明，南极洲附近冰架面积近十年表现出明显消融迹象，数据表明，2003年南极洲附近冰架面积1887974.17 km2，到2010年南极洲附近冰架面积减少为1874593.49 km2，7年时间冰架面积减少了13380.68 km2，其减少幅度达0.71%。宏观上分析，南极洲附近冰架受气候、海洋暖流等多重因素的影响，都有不同程度的变化，有的区域冰架边界扩大，有的区域冰架面积缩小，其中南极洲三大冰架中的龙尼—菲尔希纳冰架和沙克尔顿冰架变化幅度较大，龙尼—菲尔希纳冰架监测期间冰架面积增加了1.06万km2，增幅为2.32%；而沙克尔顿冰架面积减少了0.61万km2，缩幅为9.90%。三大冰架中罗斯冰架面积变化情况表现相对稳定，虽然其面积也有0.25万km2缩减，但0.45%的缩幅仍低于南极洲0.71%的平均缩减幅度（表1）。

冰架的消融有以下三种表现形式：

1）冰架崩解

沙克尔顿冰架地处东南极洲，位于南极玛丽皇后海岸，其冰架出露大陆架最远处达200 km，2003年总面积为10.99万km2，2010年该区域冰架出现大面积崩解，其中最大的一处崩解地冰架面积达3265 km2，冰架崩解后的冰架形成大量的冰山漂浮在海面上，随洋流缓慢进入印度洋。通过影像我们可以发现，该冰架出现1处3265.17 km2的崩解面积，同时由于冰川的活动造成2处地区冰架面积有了明显的扩大，其增加面积为1867.66 km2。

2）冰架延伸

南极洲大陆冰川在不断变化，受南极洲地形的影响，东南极洲海拔较高，西南极洲海拔较低地势较为平坦，随着冰川的迁移和流动，导致南极洲大陆冰川在自身重力的影响下由高向低流动[3]，由于南极洲大陆98%以上的表层均为冰川覆盖，移动的冰川进一步向大陆周边海域延伸，导致已经形成的冰架在冰川流动的推力下向外延扩大。

研究表明，2003~2010年南极洲附近冰架延伸明显，其中延伸扩大面积最为显著的冰架为龙尼—菲尔希纳冰架，该冰架在过去的10年时间里，除去崩解、消融等其他因素引起的冰架减少，其面积仍有1.06万km2的增幅。冰架延伸距离近10 km，相当于每年以1.3 km的速度向外延伸。此外南极洲最大的冰架——罗斯冰架10年间也有一定程度的延伸，其延伸距离为8 km左右，平均延伸距离为0.8 km/a。冰架的延伸速度一定程度上反映了冰川流动速度，冰川流速同时又是冰川溶解的重要标志之一，大范围的冰架延伸使得冰架自身重力加大，进而又加大了冰架崩解的可能性。

3）冰架裂隙

冰架的崩解和消融是一个相对缓慢的过程，在这个过程中，冰架受到气候变化，洋流冲击以及自身重力等因素的影响，首先开始出现冰川裂缝，随后该裂缝逐年加长扩大，最终使得该冰架从冰川中完全脱离，形成独立的冰山，漂浮在海洋当中。

冰架裂隙的多少和变化情况是确定该区域冰架是否稳定的重要标志，冰架裂隙越多且随时间逐步延伸和扩张，则表明该区域冰架即将崩解，成为独立冰山，该区域冰川正在消融；如果区域内冰架裂隙多年未变，甚至消失，则说明该区域冰架稳定且冰川移动、消融缓慢。通过对南极洲2000年MODIS遥感数据解译，在南极洲大陆和冰架中共查明49条冰架裂隙。

据统计，查明的南极洲2000年49条冰架裂隙，主要分布于南极半岛，罗斯冰架和龙尼—菲尔西娜冰架，其他区域仅少量分布。其中，南极半岛分布最多，有25条，其次是罗斯冰架8条，再次是龙尼—菲尔西娜冰架7条。按照变化活动情况分析，49条冰架裂隙中，未见明显变化的有31条，延伸加宽的裂隙有11条，已经崩解的有6条，断裂的1条。其中延伸加宽的裂隙主要集中在罗斯冰架和龙尼—菲尔西娜冰架，已经崩解的裂隙集中在罗斯冰架和南极半岛以南冰架范围内。这从另外一个层面上直观的体现了南极洲冰川变化和溶解的情况，即西南极洲冰川溶解速度高于东南极洲。

由图1可以看出，1988年罗斯冰架一处出现一条裂隙，到1998年裂隙导致冰架部分分离，且已有部分冰架形成独立冰山，然而十余年后，该处冰架已经崩解，从罗斯冰架彻底分离。

2.3 南极洲冰川、冰架融化演变因素分析

（1）南极洲2000~2010年气温变化分析

气候是影响南极洲冰川、冰架的融化的主要因素，由于南极洲终年降水极少，年平均降水量不足60 mm[4]，故气温则成为诱发南极洲冰川、冰架融化、崩解的主导因素。

南极研究专家的成果表明，近50年来南极及其邻近地区温度与全球温度的变化特征有较大差异。从1975年至今，南极气温经历了如下几个阶段的变化，首先是1975~1979年，这段时间全球平均温度无明显增暖倾向时，但南极及其邻近地区增温幅度却高达0.25℃/10年；其次是1980~2000年后，当全球平均温度迅速上升时，南极及其邻近地区的温度变化却不明显，甚至还有微弱的降温倾向；最后是2001年至今，南极地区正在经历着一个罕见的升温期[5]。

本项目研究时段为2000年至2010年10年，通过收集美国国家海洋和大气管理局(NOAA)数据库，得到南极洲这10年间气温数据，通过数据运算及分析得到南极洲2000~2010年年平均气温变化。

通过南极洲2000~2010年年平均气温变化图可以直观的发现，南极洲10年间年平均气温变化幅度较大且不均匀。值得注意的是，虽然全球气候变暖趋势明显，但南极地表气温并未出现普遍上升的情况。相反，大部分地区还出现了年平均气温下降的情况。这些地区主要集中在南极半岛、科茨地以北地区、奥茨海岸以西地区和查尔斯王子山以南地区，其中南极半岛平均下降2.3℃、科茨地以北地区平均下降4.5℃、奥茨海岸以西地区平均下降6.3℃、查尔斯王子山以南地区平均下降3.3℃。年平均气温上升的地区主要集中在南极极点附近，特别是毛德皇后地以东地区气温上升尤为明显，该区域最高气温上升幅度达5.38℃。调查表明，虽然南极中心地域年平均气温有所上升，但其范围内冰川覆盖面积未见减少，同时也不排除上述地区冰川存在消融现象。

（2）南极洲气温变化对冰架的影响

虽然南极大陆地表气温未见明显上升，但是大陆边缘及冰架边缘气温上升趋势明显。这直接导致南极大陆附近冰架的崩塌解体，通过对南极洲气温数据的整理和分析，我们得到了南极洲主要冰架边缘2000年至2010年1月份平均气温。数据显示南极四大冰架边缘地表气温较2000年均有不同幅度的上升，其中尤以罗斯冰架边缘地表温度上升幅度最大，2010年该区域地表温度达到了-4.7℃，相对2000年上升了6.8℃。值得注意的是，四大冰架在冰架面积调查与裂隙调查中得到的数据表明，除龙尼冰架外，其他三大冰架面积都有所减少且冰架裂隙增多、崩解现象明显。龙尼冰架覆盖面积有所增加其原因为靠近龙尼冰架的陆地属高海拔地区且气温也在逐步上升，陆地冰川在重力和气温上升双重因素的影响下，开始向地势低的地区移动，这样就将原来的冰架进一步推向海洋，从而导致冰架面积有所扩大。冰架面积的扩大并不能说明该地区气温下降，相反说明该地区气温上升，冰川活动加剧。

3 结 论

研究表明，通过MODIS数据能够有效监测南极洲冰川变化情况，监测结果表明2003~2010年南极洲陆地冰川覆盖面积相对稳定，但附近冰架消融情况明显。值得指出的是，受遥感数据源的影响，由于缺乏南极洲大陆表层地形图或者数字高程图，本次调查仅对南极洲大陆冰川的分布面积进行调查，未对其冰川体积及厚度进行监测。故针对南极洲冰川融化速率的变化情况的研究有待今后进一步深入。

致谢 感谢北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院提供2003年南极洲相关研究数据。

参考文献

References

[1] 郭培清.全球气候视野中的南极洲[J].海洋世界,2007,2:68-71.

[2] 虢建宏. 基于LandSat-7 ETM+影像的南极洲地表覆盖制图方法研究[E].http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1623126.aspx:2010

[3] 张栋.南极冰盖物质平衡与海平面变化研究新进展[J].极地研究,2010,22 (2):296-302.

[4] A.I.沃斯连斯基;张莉节.南极洲的气候资源[J].地理科学进展.1983,02.

[5] 陆龙骅.南极和邻近地区温度的时空变化特征[J]. 中国科学(D辑:地球科学).1997,3.