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新華社記者 張建松

神秘遙遠(yuǎn)的冰雪大陸南極洲，覆蓋著平均厚度超過2400米的冰蓋，下面隱藏了許多令人嘆為觀止、形態(tài)各異的冰下湖。我國科學(xué)家利用一種新的分析方法，在東南極冰蓋下新發(fā)現(xiàn)了46個(gè)冰下湖。

這項(xiàng)研究由中國極地研究中心冰雪所極地冰蓋多圈層相互作用與氣候變化研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院傅磊教授團(tuán)隊(duì)、南方科技大學(xué)地球與空間科學(xué)系陳曉非教授團(tuán)隊(duì)共同完成。國際學(xué)術(shù)期刊《冰凍圈》近日刊登了相關(guān)研究論文。

據(jù)中國極地研究中心冰雪所極地冰蓋多圈層相互作用與氣候變化研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人唐學(xué)遠(yuǎn)介紹，當(dāng)處于融化狀態(tài)的冰流流過南極冰蓋冰底的凹陷，并以當(dāng)?shù)刈钚〉乃畡菥奂瘯r(shí)，冰蓋底部就會(huì)形成冰下湖。根據(jù)現(xiàn)在的統(tǒng)計(jì)，科學(xué)家在南極冰蓋下方共發(fā)現(xiàn)675個(gè)冰下湖，其中有3個(gè)冰下湖被成功鉆探取樣。

“南極冰下湖通常位于數(shù)千米厚的冰層之下，具有高壓、低溫、黑暗、寡營養(yǎng)等極端環(huán)境特征，具有極其獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)，包含豐富的冰蓋歷史和氣候變化信息。越過接地線、進(jìn)入冰架下空腔的湖水，還可能改變冰架-海洋相互作用，進(jìn)而引發(fā)海洋環(huán)流變異。因此，開展南極冰下湖研究對(duì)于冰蓋動(dòng)力學(xué)、沉積過程和冰下地球化學(xué)環(huán)境以及生命演化等都具有重要意義。”唐學(xué)遠(yuǎn)說。

冰雷達(dá)探測是搜尋南極冰下湖并解析其結(jié)構(gòu)的主要方法之一。在冰雷達(dá)圖像中，冰下湖通常被記錄為冰巖界面附近清晰、明亮且平坦的二維反射特征。早期有關(guān)冰下湖的發(fā)現(xiàn)主要來自對(duì)冰雷達(dá)圖像中的這些特殊視覺特征的判讀與解譯。隨著冰雷達(dá)探測技術(shù)發(fā)展，基于人工經(jīng)驗(yàn)的自動(dòng)或半自動(dòng)判讀方法受到了巨量數(shù)據(jù)的限制，繁復(fù)費(fèi)時(shí)且易產(chǎn)生誤判。

經(jīng)過深入研究，我國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提出了一種針對(duì)冰雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示的冰底反射波形特征，進(jìn)行變分自動(dòng)編碼（VAE）的新方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)冰底單道雷達(dá)反射回波信號(hào)的科學(xué)分類。利用該方法，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)東南極甘布爾采夫山脈AGAP-S區(qū)域的冰雷達(dá)圖像進(jìn)行了全面掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域存在許多基于傳統(tǒng)方法未能識(shí)別的幾何輪廓更為狹小的冰下湖，數(shù)量多達(dá)46個(gè)。

業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，這種自動(dòng)檢測南極冰下湖的VAE聚類新方法，不僅可以顯著提高冰下湖的發(fā)現(xiàn)效率與精確度，還有望擴(kuò)展到檢測和標(biāo)記更多的南極冰下環(huán)境類型，為南極冰蓋底部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入研究提供技術(shù)支撐。