探秘冰雷达：揭开极地冰雪的神秘面纱

摘要：主机系统由雷达波发射与接收控制线路和微机系统构成。这就像是冰雷达的大脑和神经系统，精确地控制着电磁波的发射与接收，并对接收回来的信息进行快速处理和分析。

冰雷达是一种利用电磁脉冲进行隐蔽探测的探地雷达，主要针对南极特点设计。在执行任务时，它有着独特的工作方式和结构组成。

1. 工作方式

雪橇式天线平置在雪地上进行连续扫描作业，就像一位不知疲倦的探险家，在冰雪世界中缓缓前行，不放过任何一处可能隐藏着奥秘的地方。通过主机系统屏幕的彩色图像，科研人员能够了解积雪、冰层及絮状冰积物情况。这些图像如同打开了一扇通往神秘冰雪王国的窗户，让人们得以窥见大自然的奇妙之处。

2. 结构组成

主机系统由雷达波发射与接收控制线路和微机系统构成。这就像是冰雷达的大脑和神经系统，精确地控制着电磁波的发射与接收，并对接收回来的信息进行快速处理和分析。

3. 功能特点

根据电磁波反射时间、传播速度，冰雷达可判断出介质差异，从而推断出冰雪厚度、冰裂隙宽度及是否存在冰裂隙。这一功能对于南极科考等活动至关重要。例如，探冰队员在海冰和冰架上共探测作业 20 多公里，发现 3 条宽度 1 米以上的冰裂隙，此外还有上百条被冰雪覆盖隐伏的冰裂隙。这些资料与考察队之前的现场经验判断相结合，为海冰运输提供了宝贵资料。

冰雷达主要通过向冰川发射低频段电磁波来实现对冰川的探测。具体而言，它搭载在飞机上，如遥感飞机向冰川发送低频电磁波，通常为 P 波段或 VHF 波段。这种低频电磁波能够穿透冰川表面，在遇到冰川内部的结构以及冰底基岩时，会产生散射回波。冰雷达接收这些散射回波后，经过一系列复杂的数据处理和反演过程，从而得到冰川厚度及储量信息。

以我国近期的典型冰川储量调查为例，中国科学院空天信息创新研究院科研团队采用自主研发的航空冰雷达技术，对包括老虎沟 12 号冰川、七一冰川、宁缠河 3 号冰川在内的典型冰川进行探测。此次调查共有效飞行 13 架次，采集原始数据 5.6TB。团队在接收回波并处理数据后，获取了冰川表面数字高程模型、冰川底部基岩数字高程模型、冰川剖面图、冰川三维透视图、冰川数量等重要信息。这些调查数据为河西走廊各流域水资源管理、祁连山生态环境保护等提供了重要支撑。

航空冰雷达与传统技术相比具有独特优势。传统的航空摄影相机、三维激光雷达、合成孔径雷达等主要用于获取冰川表面信息，而航空冰雷达能够穿透冰川表面，获取冰川内部信息和冰川底部信息，为冰川研究提供更全面、深入的数据。

冰雷达作为一种强大的探测工具，在多个领域发挥着重要作用。

1. 为海冰运输探路

在南极科考中，冰雷达扮演着至关重要的角色。例如，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心高级工程师查恩来用自带的 “冰雷达” 为海冰运输探出安全路线。在第 27 次南极科考队执行任务时，面对海冰运输难题，查恩来和队员们一起开着全地形车，拖拉着 “冰雷达” 天线，为海冰运输寻找安全路线。此次探冰队员在海冰和冰架上共探测作业 20 多公里，发现 3 条宽度 1 米以上的冰裂隙，此外还有上百条被冰雪覆盖隐伏的冰裂隙。这些资料为海冰运输提供了宝贵依据，确保了物资运输的安全。在第 25 次南极科考中，该雷达也对雪龙船前方海冰区进行了两次勘察，为南极科考任务的顺利进行做出了贡献。

2. 在中国大型工程方面广泛应用

冰雷达在国内的公路、桥梁、水利等工程探测中也有着广泛应用。其利用电磁脉冲进行隐蔽探测的特性，能够为工程建设提供准确的地质信息，确保工程的安全和稳定。

3. 南极雷达冰川学研究

冰雷达在南极雷达冰川学研究中具有重要意义。它可用于冰厚、冰下地形、内部时层等方面的探测，具体包括冰厚测图、探测冰下地形、冰裂隙、冰下湖、冰下湖泊和水系、冰底粗糙度和层连续性指数、冰的各向异性等。这些探测结果对数值模拟、冰芯钻探、评估海平面变化、探测冰下湖、探索南极气候历史都具有重要价值。通过冰雷达的探测，科学家们能够更好地了解南极冰盖的结构和变化，为全球气候变化研究提供重要数据。

4. 我国首次采用航空冰雷达开展典型冰川储量调查

我国首次采用航空冰雷达技术开展典型冰川储量调查，取得了一系列重要成果。中国科学院空天信息创新研究院科研团队采用自主研发的航空冰雷达技术，对包括老虎沟 12 号冰川、七一冰川、宁缠河 3 号冰川在内的典型冰川进行探测。此次调查共有效飞行 13 架次，采集原始数据 5.6TB，获取了冰川表面数字高程模型、冰川底部基岩数字高程模型、冰川剖面图、冰川三维透视图、冰川数量等重要信息。这一技术为河西走廊各流域水资源管理、祁连山生态环境保护等提供了重要支撑，也标志着我国在冰川探测领域取得了重大突破。