image: 2020/01/01~2020/01/30期间台站251位于露头时, 经度(a)和纬度(b)分布, 黑色虚椭圆内为偏离2.5倍标准差的异常点; 2019/12/06~2019/12/27期间台站250位于拉斯曼丘陵冰盖处, 经度(c)和纬度(d)分布. 红色和绿色分别表示观测期间开始和结束阶段经纬度的直方分布 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
冰川表面流速是冰川和冰盖的基本特征，它的测定对于南北极冰盖物质平衡估算至关重要。地震仪器一般内置一个导航级单模GPS接收器，台站在运行过程中，记录地震数据的同时，在固定的时间间隔记录台站的位置信息。尽管这些单模GPS接收器的数据精度不如大地测量GPS的位置精度，仍然可以通过在足够长的时间内采集的单模GPS数据来测量冰流速。
中国第36次南极科学考察期间，该团队首次利用100台短周期地震仪（Smartsolo-BD3C-5）在东南极拉斯曼丘陵冰盖（中国南极中山站）进行了约一个月的背景噪声地震学观测，此外使用4个短周期台站在泰山进行了一个月的观测；在记录地震数据的同时每个台站记录了约4000多个GPS位置数据。研究发现当台站位于基岩时，不管是经度（图1a）还是纬度（图1b），其分布特征随着时间推移基本没有变化；而当台站位于冰盖时，其经度（图1c）分布特征整体向西偏移，说明随着时间的推移，在冰盖上的台站整体向西移动了。
为了量化冰盖运动方向和位移大小，该研究计算了首尾两段观测时间内平均GPS相对位置，结果显示当台站位于基岩时，随着时间推移最大位移约为0.2米（图2a）；而当台站位于拉斯曼丘陵冰盖时，随着时间推移，其平均位置整体向西移动了约1米（图2b）。
基于定量计算方法，研究估算了测线处拉斯曼丘陵冰盖流速（图3）。第40至100台计算的冰盖流动方向连续性较好，其流动方向基本为270°左右，代表了此处的冰盖流动整体向西偏北流动。但是，第1至39台的冰盖流动方向数值在180°至270°范围内变化，部分台站差异达到了90°，说明此局部区域冰流速比较复杂。冰盖在观测期间冰盖流动大小基本在0.5至1.5米/月左右；部分台站（如台站17至21）超过了1.5米/月。
该研究基于中国第36次南极考察期间被动源地震观测时获得的导航级GPS位置信息，准确的对拉斯曼丘陵冰盖和泰山站区冰盖运动特征进行了追踪。此次1个月的被动源地震观测期间，泰山站和拉斯曼丘陵冰盖流动了约1米左右，按照冰盖的横波速度为1.85公里/秒计算，上述误差对面波到时产生约1毫秒影响，可以忽略不计；因此研究区域冰盖流动对后续面波层析成像结果不构成影响。但如果冰流速大于几百米和进行长时间的观测的话，必须慎重评估冰盖流动给地震数据处理中带来的系统性误差。
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中文版: 傅磊, 郭井学, 陈晓非. 2021. 基于短周期地震仪内置GPS位置数据的东南极冰流速测定. 中国科学: 地球科学, 51(8): 1332–1340
Journal
Science China Earth Sciences