利用无人机技术探索南极冰盖动态

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引言
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' F0 ^+ Y0 {$ x8 |近年来，无人机技术显著提升了科研人员观测和研究南极复杂冰系统的能力。本文介绍研究人员如何运用先进的无人机技术，深入理解东南极德罗宁莫德地区的冰盖动态、融水池和冰冻圈变化[1]。

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南极研究环境
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) C2 N" D* i% \7 d% |南极恶劣的环境给科学研究带来独特的挑战。在德罗宁莫德地区，温度可降至零下40度以下，强劲的下降风速度可达每小时100公里以上。这种极端条件使传统的地面观测方法难以实施，凸显了基于无人机的遥感方法的优势。

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图1展示了位于东南极德罗宁莫德地区中部的迈特里站附近研究区域，包括地面控制点和无人机测量区域。
4 H) R8 R( e& B) V: Z无人机设备与数据采集

研究采用了配备六个专业传感器的P4 RTK多光谱无人机系统：一个用于可见光成像的RGB传感器和五个用于多光谱成像的单色传感器。这种高级配置实现了跨不同光谱波段的高分辨率数据采集。
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图2展示了(a)在东南极航测中使用的多光谱传感器无人机和(b)设备实地使用照片。
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研究人员在2022年11月至2023年1月期间进行了测量，无人机飞行高度为起飞点上方95米。系统采集的图像地面分辨率为5厘米每像素。研究团队在冰盖外部建立了九个地面控制点，使用全球导航卫星系统(GNSS)设备进行精确地理配准。

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+ C! M. ?3 @7 \/ Z1 ?$ W图3展示了用于无人机数据精确地理配准的黑白十字形地面控制点。
  B6 h$ N- a, U& C# W) V, ~创新监测系统
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研究的一个关键组成部分是安装压力传感器组合来监测融水池动态。
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% |7 O5 e: l  I# c2 l/ ^" Q7 p图4显示了(a)压力传感器Assembly在融水池上的图形设计和实际安装情况，以及(b)实地安装设置。
1 c! X9 _4 V, Q: s) z8 L分析与结果

( {, L2 E" {3 X& f# c1 O研究揭示了关于冰盖动态和融水池行为的重要发现。观测期间，研究区域的高程和质量平衡出现显著变化。

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* \' a) v' ^2 r$ d8 s& ?图5展示了冰盖前缘边缘的最小、最大和平均高程变化。
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图6展示了测量期间融水池的周长、长度和深度剖面。
" j0 g9 z$ ?# i- t( Z冰相分布制图
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研究的一个重要方面是对研究区域不同类型冰雪特征的制图。

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图7展示了2022年12月不同日期的监督像素分类冰相分布图，显示了各种冰雪特征。
融水池演变
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研究详细记录了南极夏季期间融水池的动态变化。
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2 P; s; o6 D4 [8 ^1 ~) v+ E% m图8记录了无人机调查期间捕捉到的融水池演变过程，展示了从初始融化到重新冻结并被积雪掩埋的完整过程。
研究意义

+ O% a2 X: `8 q9 h7 L本研究证实了无人机技术在南极研究中的实用价值。采集的高分辨率数据为理解冰盖动态和融水池行为提供了详细信息。这些研究方法可应用于南极其他地区的未来研究，帮助科研人员更好地了解这些冰系统对环境变化的响应。
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, q: r; d3 `2 [/ o) d4 R6 |研究成果不仅加深了对南极冰动力学的认识，还为今后基于无人机的极地研究建立了基础。多光谱成像、精确压力测量和复杂数据分析技术的结合，提供了研究冰盖行为和融水池演变的全面方法。
, u1 x+ C* M1 o' o/ A' X2 o
; m6 H; v5 U$ y  F该方法在极地研究领域具有实际应用价值，提供了监测和理解南极冰系统复杂动态的新方法。研究获得的见解有助于加深对冰盖如何响应环境变化的理解，这对预测未来海平面上升和气候变化影响具有科学价值。
5 V! e/ E. x7 g7 a& z参考文献

[1] G. P. M and K. Venkatesh, "Exploring the frozen frontier: unmanned aerial vehicles and multispectral sensors unveiling cryosphere dynamics in East Antarctica's Dronning Maud Land," GIScience & Remote Sensing, vol. 61, no. 1, Article 2302739, Jan. 2024, doi: 10.1080/15481603.2024.2302739.
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