CryoSat-2卫星主要用来研究和监测极地冰盖和浮冰的厚度变化以及极地海冰和冰川融化与全球气候变化之间的关系。CryoSat-2卫星的轨道倾角为92°，重复周期为369天，卫星星下点轨迹可以覆盖极地的大部分区域，相比于以往的测高卫星，Cryo-Sat-2卫星的主要任务是测量北极海冰的厚度，并且监测其厚度和其他各项参数的变化，同时监测和测量南极冰盖与格陵兰岛等冰盖高程变化。CryoSat-2卫星分为3种测量模式：①低分辨率测量模式(low rate mode，LRM)，这种模式主要用来测量海洋以及陆地上的平坦区域，星下点足迹的直径大约是1.67 km；②合成孔径雷达测量模式(synthetic aperture radar, SAR)，这种模式主要用来测量北极浮冰；③干涉合成孔径雷达测量模式(SAR interferometry，SIN)，这种模式主要用来测量那些比较险峻的冰覆盖区域以及冰的边缘，如冰川等。SAR模式和SIN模式都是高分辨率测量模式，其沿轨方向分辨率大约是250 m，交叉轨方向分辨率大约是670 m^[1-4]。本文研究区域的范围是79.5°~82°S, 69°~81°E，属于南极Dome A地区的核心区域，地势相对较为平坦，采用的是LRM测量模式，采样频率为20 Hz，所使用的数据均为GDR二级数据，时间范围是2011-2014年总共48个月的数据。

有学者利用携带雷达高度计的ERS-1/2、GeoSat和SeaSat等测高卫星建立了一系列不同分辨率的南极DEM(digital elevation model)，如Bamber-DEM、Ihde-DEM、Herzfeld-DEM、OSU-DEM^[5]等。Dome A地区由于其海拔较高，是科学家们进行冰芯钻探的最为理想的地点，这对于地球环境监测、日地监测以及了解地球的古气候和古环境记录，进而预测未来的气候和环境演变等都具有非常重要的科学价值和意义。中国第21次和第24次南极科学考察期间, 车载冰雷达系统被用于Dome A区域中心30 km×30 km范围内冰盖的三维调查, 成功获得高分辨率、高精度冰厚和冰下地形数据, 得出140.5 m×140.5 m网格分辨率冰厚分布和冰下地形DEM。调查结果显示, Dome A中心方形区域内的冰厚平均值为2 233 m, 最小值为1 618 m；昆仑站位置冰厚最大为3 139 m；冰下地形起伏相对剧烈, 海拔范围949~2 445 m^[6]。徐莹等采用ICESat卫星测高数据验证了南极洲测图计划数字高程模型(RAMP DEM)数据的精度和可靠性，并且验证了第21次中国南极科考内陆冰盖考察测定的南极洲内陆冰盖Dome A最高点的正确性^[7]。Liu Jiying等对Bamber-DEM、Ihde-DEM、Herzfeld-DEM、OSU-DEM等4个南极数字高程模型进行了模型基准转换及分辨率处理，与ICESat卫星的数据进行了融合内插，最终确定了一个10 m间隔的南极Dome A地区的DEM^[5]。

CryoSat-2卫星为极地研究提供了更多的数据源，在空间上使得大部分的极空白区域得以覆盖，弥补了其他测高卫星在高纬度区域测量的缺陷，在时间上则使得测高卫星对极地的监测得以延续，与其他测高卫星的数据联合使用，可以更好地研究极地海冰和冰川的周年性变化特征。

卫星上升轨迹和下降轨迹所形成的交叉点处的不符值是用来研究高程变化的一种重要方法，本文利用交叉点处的不符值研究了南极Dome A地区的年际高程变化。求取交叉点的主要思路是：首先编写程序将各个月份的上升轨迹和下降轨迹进行分离，然后分别计算后一年历月上升轨迹(下降轨迹)和前一年相应月份下降轨迹(上升轨迹)交叉点处的不符值。在计算时考虑到卫星数据较为庞大，本文在计算时以两倍中误差作为剔除粗差的原则，以便得到更为精确可靠的数据。交叉点处的不符值计算时间以年为周期，范围为：2012-2011年、2013-2011年、2014-2011年、2013-2012年、2014-2012年、2014-2013年，由此一共可对72个年际月份之间进行交叉点不符值的计算。为了排除更多偶然误差的影响，本文以年际月份之间交叉点不符值的平均值和标准差作为衡量各交叉点不符值变化的指标，具体计算结果如图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 南极Dome A地区2011-2014年间交叉点不符值及其标准差 Figure 1 Cross Point Discrepancy and Their Standard Deviations of Dome A Region in Antarctica in 2011-2014

由图 1可知，2012年相对于2011年，Dome A地区的融化趋势较为明显，各月份交叉点不符值的平均值以负数居多；其他各个年际月份之间交叉点不符值的平均值则呈现较为一致的规律，在每年的5-8月，各个年际月份之间交叉点不符值变化甚少，分析其原因主要是因为这几个月份主要是处于夏季时段，而南北半球季节正好相反，北冰洋在该时段正处于融化期，而南半球则正处于结冰期，所以南极冰盖在该时期最为稳固，而在每年的1-4月以及9-12月，南极冰盖正处于融化期，所以各年际月份之间交叉点不符值变化稍大。同时从图 1可以看出，交叉点不符值的标准差都比较稳定，大约在1 m左右。

南极Dome A地区位于东南极冰盖分冰岭的中部，是南极冰盖的最高点^[8]。第21次中国南极科学考察队内陆冰盖考察路线为69°22′16″~80°22′00″ S、76°15′53″~77°59′26″ E。测得南极内陆冰盖Dome A最高点位于80°22′01.63″ S、77°22′22.90″ E，高程为4 092.46 m^[9]。鄂栋臣等在2007年利用ICESat数据确定Dome A地区的最高点高程为4 092.41 m, 位于80°21′46″ S、77°20′13″ E，与实测Dome A最高点位置极为接近^[10]。南极冰盖最高点不是山峰，而是比较平坦的冰丘，距离冰穹最高点十多公里处还有一个南高点。Liu Jiying等在利用ICESat卫星建立的数字高程模型基础上确定了南极Dome A地区的北高点的位置为80°21′29.86″ S、77°21′50.29″ E，其高程为4 092.71±1.43 m，而南高点的位置为81°08′22.26″ S、74°29′33.35″ E，其高程为4 078.05±1.43 m^[5]。大多数情况下，北高点位置的高程相比南高点位置的高程都要高一些。因为本文中所得出的格网点高程最大值几乎都是在北高点，南高点的高程与北高点的高程相差1 m多，所以为了与其他结果进行比较，本文只将北高点处的高程最大值与其他研究结果进行了比较。杨元德等在南极冰盖选取不同的实验区域对常用的6种插值方法进行了比较分析，采用均方根预测误差和源数据均方根等评价指标对不同插值方法进行比较, 对比分析结果表明，在众多插值方法中，克里金插值方法有很好的适用性，对于不同复杂程度的地形均能实现有效的空间插值，精度较高^[11]。

图 2为利用CryoSat-2卫星2011-2014年的数据构建的南极Dome A地区的DEM。从图 2(a)~2(d)的整体趋势可以看出，Dome A地区的高程分界非常明显，历年趋势没有太大变化，最高点位置位于东北部，西北部高程则相对较低。为了更好地观察历年DEM局部细节的变化情况，本文绘制了时间跨度相对较大的2014年与2011年DEM差值分布图，如图 3(a)所示，可以看出，在Dome A地区的西北角以及地势相对较高的中央地带出现了较为明显的融化趋势，在高程分界带变化尤其明显。图 3(b)是2014年相对于2011年DEM差值统计直方图，可以看出，差值整体趋势符合正态分布，平均值为负数，说明2014年相对于2011年整体呈现下降趋势。

图 2(Figure 2)

图 2 南极Dome A地区历年DEM(2011-2014年) Figure 2 DEM over the Years of Dome A in Antarctica(2011-2014)

图 3(Figure 3)

图 3 2014年与2011年差值分布图与差值直方图 Figure 3 Difference Distribution and Histogram in 2014 and 2011

表 1为2011-2014年南极Dome A地区最高点位置及其高程。从表 1中可以看出，本文计算的2011-2013年最高点的位置与其他文献所求出的最高点位置基本一致，2014年所求出的最高点位置相对于其他年份则存在略微差异。

表 1(Table 1)

表 1 Dome A地区最高点位置与高程情况对比 Table 1 Comparison of the Position and Elevation of the Highest Point of Dome A in Antarctica

表 1 Dome A地区最高点位置与高程情况对比 Table 1 Comparison of the Position and Elevation of the Highest Point of Dome A in Antarctica 年份 经度/(°) 纬度/(°) 高程/m 2011 77.309 97 -80.355 54 4 092.43 2012 77.311 54 -80.355 70 4 092.20 2013 77.232 95 -80.355 49 4 092.12 2014 76.812 08 -80.484 20 4 092.31

本文利用CryoSat-2卫星2011-2014年的交叉点数据研究了南极Dome A地区的年际高程变化量，分析了近几年南极Dome A地区的高程变化情况，同时通过构建历年DEM，更好地分析了Dome A地区的高程分布情况及局部区域的冰盖消融增长情况。结果表明，Dome A地区的最高点位置和高程与实测结果及利用ICESat卫星得出的结果都比较接近，对其他研究具有重要的参考价值。