近年来,我国开展的中山站至Dome A内陆冰盖考察是国际横穿南极科学考察计划的重要组成部分。Grove山地区距离中山站约400 km，是PANDA断面考察理想的内陆站点和内陆综合科学考察补给基地之一^[1]。该区域地形复杂，分布冰原岛峰60余座，冰裂隙纵横密布，同时是陨石富集区，因此，Grove山在我国南极内陆冰盖考察中意义重大^[2]。冰流速是冰川动力学模型的重要参考，冰流速及其变化研究为南极冰盖物质平衡和全球气候变化研究提供重要线索。Grove山地区冰流速结果可以为该区域考察路线选取、站点选址、冰裂隙分布和陨石富集机制等研究提供参考信息。

我国南极科学考察队员曾多次赴Grove山地区考察，并利用GPS观测了局部地区的冰面流速，获取了宝贵的实测资料，但这并不能满足大范围的研究与应用。1993年Massonnet等率先将合成孔径雷达干涉测量(InSAR)技术引入地震形变测量中，开创了干涉技术应用于地表形变场监测的先河^[3]，随后InSAR技术被广泛用于冰川流速研究。2006年程晓等利用ERS-1/2和JERS-1雷达影像，采用三轨和四轨差分干涉测量(DInSAR)的方法，结合冰流向获取了Grove山地区冰流速图^[4]。2011年，Rignot等利用多源SAR数据采用DInSAR和偏移量跟踪(offset tracking)方法获取了全南极冰流速图^[5]，并通过美国国家冰雪数据中心发布了900 m和450 m两种分辨率的结果(下文简称MEaSUREs流速)，但其结果不能很好地反映Grove山地区局部复杂的冰流运动特征。近年来,不少学者利用DInSAR、偏移量跟踪和实地观测等方法，在南极半岛、南极三大冰架以及典型溢出冰川等区域开展了冰流速及其年际和季节变化研究^{[6, 7, 8, 9, 10, 11]}，但研究区域主要集中在南极冰盖边缘地区，对内陆冰盖冰流速变化研究相对较少。

本文利用Envisat ASAR数据，采用DInSAR和偏移量跟踪方法，提取南极内陆冰盖Grove山地区高分辨率、高精度的冰流速图，分析该区域冰流运动特征，并利用相关资料证明结果的可靠性。利用多期SAR数据，初步探测Grove山地区冰流速年际变化特征。

目前，DInSAR和偏移量跟踪是南极地区开展大范围冰流速测量最常用的方法。DInSAR提取的结果分辨率和精度高，但通常只能获取距离向的形变量，且在低相干性区域受到限制^[12]。偏移量跟踪方法分辨率和精度均不如前者，但对影像相干性要求低，不涉及相位解缠，且能同时获取距离向和方位向的绝对位移值^[13]。如有合适的数据，可以将DInSAR距离向与偏移量跟踪方位向结果进行融合，得到二维平面冰流速场。

已有研究表明，Grove山地区35 d时间间隔的短基线ASAR数据能保证较好相干性，且Grove山地区分布广泛的岩石和角峰等稳定区域可以为偏移量跟踪方法提取冰流速提供足够数量的控制点。本文利用DInSAR和偏移量跟踪方法提取Grove山地区二维平面流速场，其流程图如图 1所示。

图 1 冰流速提取流程图 Fig. 1 Flowchart of Ice Velocity Derivation

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本文采用的ASAR数据对信息如表 1所示，三组数据为南极不同年份的冬季数据，用于不同年份冰流速获取。影像覆盖范围如图 2所示，从SAR强度影像上可目视判读出一些裸露角峰以及穿行于角峰间的冰流，图 2中用箭头标示。本文以2006-06-21~07-26为例对数据处理进行说明。

图 2 研究区域示意图 Fig. 2 Image of Study Area

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本文采用两轨差分方法提取冰流速。图 3为相干性图，颜色越亮表示相干性越高，可见本文所用数据相干性较高，保证了解缠的可靠性。外部DEM精度是影响DInSAR结果精度的一个重要因素。表 1中，高程模糊度与形变模糊度比值最小约为2 321，即要测得1 cm的地表形变量，则要求外部DEM精度约为23.2 m。本文采用的外部DEM为Bamber等2009年发布的全南极1 km分辨率的DEM，精度可达10 cm，在起伏较大的地区精度也可达几米^{[14, 15]}，满足本文差分干涉处理对外部DEM的精度要求。

图 3 相干性图 Fig. 3 Coherence Map

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DInSAR数据处理时采用1(距离向)×5(方位向)的多视处理，结果分辨率为20 m。在差分干涉条纹图中(图 4)，可以明显地看到由冰流引起的密集条纹，根据条纹特征也可判读冰流走向。解缠起算点选取在哈丁山西侧相干性较高的西堤碎石带，如图 4中红点所示，得到距离向绝对冰流速结果如图 5(a)所示。尽管DInSAR只能获取距离向的冰流速，但Grove山地区冰流方向与距离向夹角较小，因此DInSAR结果能较好地反映该区域冰流的整体分布和趋势。

图 4 解缠后的差分干涉条纹图 Fig. 4 Unwrapped Differential Interferogram

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图 5 单一方向上冰流速结果 Fig. 5 Ice Velocity in Single Direction

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偏移量跟踪方法提取冰流速的采样间距为10(距离向)×50(方位向)，结果分辨率为200 m。 数据处理中以稳定的角峰等作为控制点，采用双线性模型拟合轨道偏移量^{[16, 17]}，轨道平面拟合误差小于0.04个像素。图 5(b)和图 5(c)分别为偏移量跟踪提取的距离向和方位向冰流速结果。偏移量跟踪距离向结果与DInSAR结果很接近，但存在明显噪声，且分辨率低。方位向采样间距是距离向的5倍，因此，噪声少于距离向结果。

结合两种方法的优势，将DInSAR距离向与偏移量跟踪方位向结果进行融合，得到分辨率和精度均较高的二维平面冰流速结果，并计算得到冰流运动方向(图 6)。Grove山地区冰流运动特征复杂，受山体影响明显，在无角峰阻挡的地区冰流速度大且覆盖面积广，在两侧形成了两条大冰流，局部地区最大流速可达40 m/a。图 6(b)为Grove山核心区冰流速图，东面的盖尔陡岸像屏障一样阻挡了冰流的运动，冰流避开盖尔陡岸、萨哈罗夫岭、哈丁山和戴维冰原岛峰群等的阻挡，而后汇聚为一条冰流，流速约10 m/a，威尔逊岭北面的冰流也有向其汇集的趋势。

图 6 Grove山地区二维平面冰流速图 Fig. 6 Two-dimensional Ice Velocity Map of Grove Mountains

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2006年1月17日和31日，第22次(2005/2006)中国南极科学考察队员对哈丁山东北角的标杆(图 6(b)中红色三角)进行了GPS观测，获取了该地区实测冰流速。本文将DInSAR和偏移量跟踪融合得到的二维平面流速结果与GPS实测冰流速、MEaSUREs流速进行比较(表 2)。本文冰流速与实测值之差的均值和均方根分别为0.29 m/a和1.05 m/a，而MEaSUREs流速与实测值之差的均值和均方根分别为-1.50 m/a和2.41 m/a。MEaSUREs流速分辨率为450 m，低于本文方法200 m的分辨率，且SAR数据获取时间与GPS观测时间不同也可能是造成结果差异的原因。