PolaRx5GNSS接收機應用南極氣候監測

為什么所有關于南極洲的大驚小怪？

它是地球上寒冷，干燥，多風的大陸，許多人可能會更喜歡單獨留下足夠的空間。然而，它擁有世界上70％的淡水和地球上90％的冰，如果它融化，將使海平面提高近70米（230英尺）。大約是非洲的一半，98％它的表面覆蓋著冰，它將大量的熱量從太陽反射回大氣層。對南極洲冰蓋的任何改變顯然會產生全球性影響，需要密切關注。事實證明，GNSS接收器是這項工作的寶貴工具。

在南極洲麥克默多站附近的觀景山上感受寒冷的GNSS天線（圖片來源：Spencer Niebuhr / UNAVCO）

GNSS接收器如何占用他們在南極洲的時間？

南極洲的科學監測是一項多傳感器的努力，全球導航衛星系統接收器扮演主角。雖然科學活動非常自然地圍繞著監測冰蓋的狀態，但GNSS接收器也發現了其他人才。

地震監測

GNSS接收器長期以來一直用于測量構造板塊的運動，這種傳統在南極洲繼續存在。接收器和后處理技術的當前組合可以檢測到每年幾毫米的地面運動。

測量冰損失

當冰蓋融化時，GNSS接收器用于測量基巖的上升，以確定冰的損失量。他們還可以測量小的水平位移，以確定失去冰的位置。

98％的南極洲被冰蓋覆蓋，平均厚度約為2公里。這個巨大的重量壓縮下面的基巖，但隨著冰融化，冰的重量減少，基巖上升 - 這個過程被稱為地殼或等靜壓反彈。可以通過GNSS接收器測量上升基巖高度的這些微小變化，以確定冰消失的量和速率。

融化的冰不僅會產生基巖高度的變化，還會產生更小的水平運動。通過從更大的構造板塊運動背景中解開這些水平位移，也可以確定冰損失的來源。

計算大氣中水汽的數量

水蒸氣是大氣中較豐富的溫室氣體，但卻是很不準確的測量。有用的氣候模型需要精確測量水蒸氣，這就是GNSS接收器派上用場的地方。使用GNSS信號延遲的精確測量，不僅接收器能夠提供關于水蒸氣的準確數據，而且它們在以前不可能的水平上提供時間和位置變化。并且，與其他方法不同，他們不需要人工干預來完成他們的工作 - 這是像南極洲這樣的地方的重要資產。

測量電離層活動

來自太陽的帶電粒子會引起地球大氣層上層電離層中的閃爍等干擾。地球的磁場將帶電粒子引導到極點，使這些區域成為研究這些現象的理想實驗室。由于電離層對GNSS信號的影響取決于頻率，因此多頻GNSS接收機是測量此類干擾的理想工具。

挑戰不僅僅是產生高精度數據

在接近麥克默多的南極夏季結束時的短日內，一塊PolaRx5接收器的太陽能電池板為Hardigg外殼供電（照片來源：Spencer Niebuhr / UNAVCO，2017年5月）

在低至-80°C（-112°F）的溫度下工作，測量位置之間的距離很遠意味著設備無法輕易修復，因此需要長時間可靠且獨立地工作。

網站必須是自我支持的。通常，他們唯一的電源來自太陽能電池板，有利于使用低功率設備。

南極洲全球導航衛星系統數據的轉移也存在問題。沒有通信基礎設施，數據通過無線電或衛星鏈路傳輸。這些遙測系統的有限帶寬意味著GNSS接收器本身的數據存儲應該是健壯的，數據傳輸應該是智能的。該PolaRx5  例如，能夠在遠程位置的數據，以檢查文件片段和僅傳送或再缺少的部分。這減少了傳輸的數據量以及確保數據完整性所花費的時間。