极地测绘科学国家测绘局重点实验室.doc

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1、极地测绘科学极地测绘科学国家测绘地理信息局重点实验室国家测绘地理信息局重点实验室科技发展年度综述科技发展年度综述一、所属学科及研究领域发展概述一、所属学科及研究领域发展概述武汉大学的极地测绘学科经过 30 年的发展，取得了一系列成果，一直保持在国内的领先地位，并且逐步形成了极地测绘与遥感信息学这一具有特色的交叉学科；探索出了适合于极地极端环境的极地信息化测绘体系。极地测绘遥感信息学是综合利用现代大地测量学、遥感学和地理信息学以及边缘学科(如冰川、气象、海洋、地质、环境学等)交叉渗透的理论和方法，通过获取空间数据和信息，研究极地板块运动、表面形态描绘及分布特征、冰雪、冰海环境变化及其动态过程，构

2、建数字极地基础框架等理论和技术的学科。因此，它是现代测绘科学与空间信息技术等应用于我国极地科学考察研究中新的学科研究领域，是中国极地多学科综合考察的重要组成部分。它的主要功能是：为我国极地科学考察及科学研究提供技术支撑平台；开展与全球变化相关的极地环境变化科学问题研究。极地测绘遥感信息科学未来的发展方向是：基于空-天-地多源观测理论和技术手段，开展南极冰雪环境变化过程和物质平衡研究；立体化监测极地冰雪环境变化，研究极地冰雪环境动态过程特征；以及极区大气环境研究。充分利用空间综合观测技术优势，向边缘学科、交叉学科渗透，扩展学科研究领域。二、国内外发展现状及趋势二、国内外发展现状及趋势通过多学科交

3、叉、新技术应用，开展全球尺度的系统性、集成性研究已成为国际趋势。全球及南极环境监测研究，需要在卫星遥感，现场地面观测网络，机载平台观测，模型、同化和再分析系统，数据管理系统等方面不断探索，不断利用新技术和新方法，减少现有研究的不确定性，增强定量监测南极冰雪环境变化的能力。南极巨大的冰盖物质分布平衡状况对全球海平面变化及全球气候变化有着重要影响，因此基于大地测量技术的南极冰川运动及其动力学研究是极地大地测量的重要内容。同时，极地是地理和地磁极点所在点，极区最适宜进行有关电离层、磁层、平流层、对流层特性及其相互作用的探测研究。2014 年在极地大地测量方面的研究主要有：南极内陆冰盖运动监测、南极冰

4、盖高程变化率计算、南极 DEM 精度比较分析等冰川动力学研究；不同时间和空间尺度上北极 TEC 的分布和变化分析，探测极区电离层梯度的存在及变化；分析提取对流层顶参数（温度和高度） ，定量分析了南极地区对流层顶的时空变化特征；根据长期验潮站的潮位资料进行大量深度基准面传递试验，研究了深度基准面传递精度与潮汐类型值差、传递距离、地形环境特征之间的具体数值关系。目前各种相互协同、互相弥补的全球对地观测系统，能准确有效、快速及时地提供多种空间分辨率、时间分辨率的对地观测数据。多源卫星对地观测数据是监测南极冰架、海冰等的重要数据源。卫星测高数据不仅可以获取冰盖高程并探测冰面高程变化，也可以拓展高程相关

5、的研究应用。应用卫星遥感等空对地观测技术研究极地冰雪环境动态变化过程也是极地遥感研究的重要内容。2014 年在极地遥感方面的研究主要有：基于 ERS-1/2、Envisat 和 PALSAR 数据，利用差分干涉测量和偏移量跟踪方法，探测极记录冰川的年际和季节变化；提出改进的基线联合方法，并以 Grove 山地区为例获取该地区高精度数字高程模型和冰流速；基于新型 SAR模式 CryoSat 卫星测高数据，获取南极冰盖冰面高程和高程变化；基于 MODIS 数据，开展海冰提取算法研究，分析中山站附近地区海冰变化及雪龙船航迹特点；利用改进的冰雪表面温度反演方法获得高精度的冰雪表面温度反演结果；利用多源

6、遥感影像数据对 2004 年至2012 年间北极海冰范围变化进行了分析。 在极地事务管理中，地理信息系统发挥了积极的作用。极地地理信息研究和建设的核心目标是整合各领域的相关信息资源，为两极研究、考察规划和管理决策提供服务，为国家极地管理部门以及其它学科提供地理信息服务平台。2014 年在极地地理信息方面的研究有：南北极地图矢量化、极地专题制图、移动互联网应用开发等。其中，地图矢量化，主要是将以往编制的南北极地图从 CorelDraw 格式转化为 Shape 数据格式，以便后续的网络地理信息发布；极地专题制图是在分析极地海洋化学要素指标的基础上，采用丰富的表示方法和地图符号，制作了溶解氧、悬浮物

7、、营养盐、海水 N2O、CH4、碳酸盐体系、同位素及 POPs 分布、234TH 原始比活度、生物泵结构、有机物污染物和重金属等专题地图；移动互联网开发主要是针对已有的极区基础空间数据，设计移动终端数据交换的服务接口，通过移动 app“掌上两极”在移动终端上提供快捷的极地信息服务。2014 年在固体地球物理与极地海洋研究方面的研究有：利用卫星测高 Cryosat-2 反演南极与北冰洋重力异常及构造活动，通过对其数据选取、编辑和精化处理，反演获得了南极部分海域和北冰洋部分海域的卫星测高海洋重力异常；利用 GPS 联合潮位数据获取绝对海平面变化速率，分析了各南极大陆周边 9 个长期验潮站的绝对海平

8、面变化速率；利用地震 P 波反演南极地壳厚度，并将结果与同年龄冈瓦纳大陆地壳结构信息（East Africa）进行了比较分析；利用卫星重力 GRACE 反演南极冰盖质量变化，基于 CSR 机构发布的 2003年 1 月至 2013 年 7 月 GRACE RL05 月平均重力场模型，对多种滤波方法进行了比较分析。此外，还开展了南极考察站选址问题研究，从科考兴趣、环境条件、后勤保障和地形条件四个方面构建南极考察站选址指标体系，将地理信息系统和模糊层次分析法集成构建一种新的数学模型，用于确定南极考察站建立的适宜性区域，实现选址评价。未来的南极研究将会更加注重整个南极地区在地球系统中的作用，更注重多

9、学科的交叉和综合研究。主要目标是突出南极地区对全球变化中的响应和反馈作用，加强南极环境观测。极地测绘遥感信息学研究预计将在南极冰盖断面考察、南极地区气候和海冰异常过程与全球气候变化等方面取得进展。三、国内外发展状况比较三、国内外发展状况比较与欧美极地考察强国相比，我国的研究工作还有很大差距。在南极测绘研究的连续性和研究深度上，英国南极测量局（British Antarctic Survey, BAS）处于领先地位。BAS保存了南极探险、南极开发、南极研究等各个阶段的测绘图件资料，组织开展了全南极数字数据库的建设，并且在不断更新中，该数据库还被 SCAR 作为重要的数据产品在南极成员国中推广使用

10、。我们开展的极地测绘研究工作，主要集中在我国极地考察的重点区域，急需拓展到全南极和全北极的广大范围，从而在宏观角度探索极地对全球变化的响应和反馈。在北极测绘、冰川与气候变化的研究中，挪威极地研究所（Norwegian Polar Institute, NPI）走在了世界前列。NPI 拥有北极现场的大气、空间、海洋观测设施，长期持续采集到第一手的宝贵数据，对斯瓦尔巴群岛冰川的监测和研究工作尤其深入。而我国开展的北极冰川与测绘工作才刚刚起步，急需加大投入并多出成果。极地遥感研究方面，与美、俄、英、澳等极地强国以及美国国家航空航天局、美国地质调查局、英国南极局、德国阿尔弗雷德魏格纳极地所、挪威极地研

11、究所等国际极地研究机构和美国俄亥俄州立大学、丹麦技术大学等开展极地研究高校的研究力量相比，我们还存在相当的差距，自主创新不够，地理信息资源储备不足；极地现场观测装备，卫星对地观测技术数据采集和处理，测绘遥感和冰川、海洋等学科的交叉等方面，还需尽快增强。四、展望与建议四、展望与建议随着我国极地科考和研究水平的全面提升、极地观测技术手段的不断更新，全面开展极地区域天文、海洋、大气、日地空间、生物生态和地质与地球物理等领域的科学研究，必将对极地测绘的技术支撑和保障服务能力提出更高的要求。极地测绘学科发展的中长期目标是：以保障国家全球化战略目标的实现为目的，以南北极为主战场，以建设数字极地地理空间框架、监测极地地理区情为中心工作，循序渐进地完成极地测绘基准体系、观测体系、数据生产体系和应用服务体系等四大测绘体系建设，全面丰富极地地理信息资源储备，解决我国极地战略的测绘服务与保障的重大问题，充分发挥极地测绘在宣示我方存在、掌握地理区情、保障科学考察和维护国家权益方面的基础性、战略性作用。