PolaRx5GNSS接收機(jī)應(yīng)用南極氣候監(jiān)測(cè)

為什么所有關(guān)于南極洲的大驚小怪？

它是地球上寒冷，干燥，多風(fēng)的大陸，許多人可能會(huì)更喜歡單獨(dú)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(yáng)反射回大氣層。對(duì)南極洲冰蓋的任何改變顯然會(huì)產(chǎn)生全球性影響，需要密切關(guān)注。事實(shí)證明，GNSS接收器是這項(xiàng)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(lái)源：Spencer Niebuhr / UNAVCO）

GNSS接收器如何占用他們?cè)谀蠘O洲的時(shí)間？

南極洲的科學(xué)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)多傳感器的努力，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)接收器扮演主角。雖然科學(xué)活動(dòng)非常自然地圍繞著監(jiān)測(cè)冰蓋的狀態(tài)，但GNSS接收器也發(fā)現(xiàn)了其他人才。

地震監(jiān)測(cè)

GNSS接收器長(zhǎng)期以來(lái)一直用于測(cè)量構(gòu)造板塊的運(yùn)動(dòng)，這種傳統(tǒng)在南極洲繼續(xù)存在。接收器和后處理技術(shù)的當(dāng)前組合可以檢測(cè)到每年幾毫米的地面運(yùn)動(dòng)。

測(cè)量冰損失

當(dāng)冰蓋融化時(shí)，GNSS接收器用于測(cè)量基巖的上升，以確定冰的損失量。他們還可以測(cè)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(gè)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(gè)過(guò)程被稱為地殼或等靜壓反彈。可以通過(guò)GNSS接收器測(cè)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(huì)產(chǎn)生基巖高度的變化，還會(huì)產(chǎn)生更小的水平運(yùn)動(dòng)。通過(guò)從更大的構(gòu)造板塊運(yùn)動(dòng)背景中解開(kāi)這些水平位移，也可以確定冰損失的來(lái)源。

計(jì)算大氣中水汽的數(shù)量

水蒸氣是大氣中較豐富的溫室氣體，但卻是很不準(zhǔn)確的測(cè)量。有用的氣候模型需要精確測(cè)量水蒸氣，這就是GNSS接收器派上用場(chǎng)的地方。使用GNSS信號(hào)延遲的精確測(cè)量，不僅接收器能夠提供關(guān)于水蒸氣的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，而且它們?cè)谝郧安豢赡艿乃缴咸峁r(shí)間和位置變化。并且，與其他方法不同，他們不需要人工干預(yù)來(lái)完成他們的工作 - 這是像南極洲這樣的地方的重要資產(chǎn)。

測(cè)量電離層活動(dòng)

來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子會(huì)引起地球大氣層上層電離層中的閃爍等干擾。地球的磁場(chǎng)將帶電粒子引導(dǎo)到極點(diǎn)，使這些區(qū)域成為研究這些現(xiàn)象的理想實(shí)驗(yàn)室。由于電離層對(duì)GNSS信號(hào)的影響取決于頻率，因此多頻GNSS接收機(jī)是測(cè)量此類干擾的理想工具。

挑戰(zhàn)不僅僅是產(chǎn)生高精度數(shù)據(jù)

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

在低至-80°C（-112°F）的溫度下工作，測(cè)量位置之間的距離很遠(yuǎn)意味著設(shè)備無(wú)法輕易修復(fù)，因此需要長(zhǎng)時(shí)間可靠且獨(dú)立地工作。

網(wǎng)站必須是自我支持的。通常，他們唯一的電源來(lái)自太陽(yáng)能電池板，有利于使用低功率設(shè)備。

南極洲全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移也存在問(wèn)題。沒(méi)有通信基礎(chǔ)設(shè)施，數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電或衛(wèi)星鏈路傳輸。這些遙測(cè)系統(tǒng)的有限帶寬意味著GNSS接收器本身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)該是健壯的，數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)該是智能的。該P(yáng)olaRx5  例如，能夠在遠(yuǎn)程位置的數(shù)據(jù)，以檢查文件片段和僅傳送或再缺少的部分。這減少了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量以及確保數(shù)據(jù)完整性所花費(fèi)的時(shí)間。