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第1章 概论 1

1.1 地球两极 1

1.1.1 南极 1

1.1.2 北极 3

1.2 极地科学考察 5

1.3 中国极地测绘科学考察研究方向和内容 8

参考文献 9

第2章 极地测绘基准 10

2.1 基于传统大地测量技术的南极坐标系统 10

2.1.1 长城站坐标系统的建立 10

2.1.2 中山站坐标系统的建立 14

2.2 南极验潮系统与高程基准 16

2.2.1 中山站验潮站建设 16

2.2.2 长城站验潮站建设 20

2.3 南极重力基准 23

2.3.1 长城站重力基准建立 24

2.3.2 拉斯曼丘陵重力基准建立 28

2.4 基于空间大地测量技术的南极参考框架 33

2.4.1 参考框架概述 34

2.4.2 参考框架的实现与可靠性 37

2.4.3 南极地区参考框架 40

参考文献 43

第3章 南极地球动力学 45

3.1 南极大地构造与板块运动 45

3.1.1 板块构造学基础 45

3.1.2 南极地质构造与板块运动 46

3.2 南极GPS观测活动与数据处理 49

3.2.1 南极GPS观测活动 49

3.2.2 GPS数据处理 58

3.3 南极地壳运动监测 65

3.3.1 水平运动监测成果 66

3.3.2 利用GPS垂向速度分析GIA模型 74

参考文献 82

第4章 GPS在极区大气环境中的应用 85

4.1 基于GPS技术的极区电离层 85

4.1.1 概述 85

4.1.2 极区电离层基本特征 91

4.1.3 极区电离层异常特征 96

4.1.4 极区电离层监测及预报 108

4.2 极区GPS气象学 116

4.2.1 概述 116

4.2.2 GPS气象学基本原理 120

4.2.3 基于GPS技术的北极遥感大气水汽研究 129

4.2.4 基于GPS技术的南极遥感大气水汽研究 130

4.2.5 基于掩星事件反演极区对流层顶基本特征 131

参考文献 145

第5章 极地地球物理大地测量 151

5.1 极区地球形状特征与精细大地水准面 151

5.1.1 概述 151

5.1.2 主要测量仪器介绍 152

5.1.3 卫星重力 158

5.1.4 航空重力测量 160

5.1.5 地面重力测量 161

5.1.6 海洋重力测量 163

5.1.7 南极地球形状与大地水准面精化 164

5.1.8 南极地区大地水准面精化 168

5.2 极区卫星重力应用 169

5.2.1 概述 169

5.2.2 重力卫星的发展 169

5.2.3 利用卫星时变重力场反演南极区域质量变化 174

5.3 南极航空重力测量 180

5.3.1 航空重力原理 180

5.3.2 模型中各项改正 181

5.3.3 滤波 182

5.3.4 平差及延拓 182

5.3.5 南极航空重力异常 183

5.4 南极海洋重力测量 185

5.4.1 引言 185

5.4.2 卫星测高反演重力异常的原理 185

5.4.3 船载重力与卫星测高联合反演 188

5.4.4 南大洋海域重力异常 191

5.5 地震观测在南极地球物理大地测量学中的应用 197

5.5.1 南极地震学发展现状 197

5.5.2 南极地震研究前沿——冰冻圈地震学 204

参考文献 205

第6章 极地冰雪遥感 210

6.1 极地光学遥感 210

6.1.1 遥感原理及相关卫星介绍 210

6.1.2 遥感影像预处理 217

6.1.3 极地光学遥感应用 220

6.2 极地微波遥感 227

6.2.1 辐射计 227

6.2.2 散射计 231

6.2.3 成像雷达 235

6.3 卫星高度计 237

6.3.1 卫星测高的发展过程 237

6.3.2 卫星测高的应用 239

6.3.3 卫星测高基本测量原理 242

参考文献 243

第7章 极地冰雪变化动态过程 246

7.1 极地冰盖地形 246

7.1.1 基于卫星测高的极区数字高程模型建立 246

7.1.2 基于光学立体的极区数字高程模型建立 252

7.1.3 基于雷达干涉测量的极区数字高程模型建立 255

7.2 极地冰盖边缘变化监测 261

7.2.1 海岸线 261

7.2.2 接地线 263

7.3 南极冰盖冰流运动监测 266

7.3.1 冰流运动检测方法 266

7.3.2 冰盖冰流监测研究 275

7.4 南极冰盖高程变化监测 284

7.4.1 波形重定算法 284

7.4.2 卫星测高监测南极冰盖变化算法 285

7.4.3 基于ICESat的南极冰盖变化 289

7.5 极地冰雪物质平衡 293

7.5.1 物质平衡概述 293

7.5.2 基于GRACE的物质平衡研究 294

7.6 冰下湖 298

7.6.1 冰下湖的成因及研究意义 298

7.6.2 冰下湖探测识别方法 299

7.6.3 冰下湖研究进展 301

参考文献 302

第8章 极地海冰特征参数与变化监测 307

8.1 海冰类型 307

8.2 海冰密集度 314

8.2.1 基于被动微波辐射计数据的海冰密集度估算方法 314

8.2.2 基于被动微波辐射计数据的海冰密集度估算方法精度分析 321

8.2.3 多源数据结合的海冰密集度估算 327

8.3 海冰范围与海冰面积 328

8.3.1 基于光学数据的海冰范围获取 329

8.3.2 基于被动微波数据的海冰范围提取 331

8.3.3 基于主动微波数据的海冰范围提取 333

8.3.4 海冰范围变化趋势及其不确定性 336

8.4 海冰厚度 342

8.4.1 海冰厚度仰视声呐探测技术 342

8.4.2 海冰厚度走航观测技术 343

8.4.3 海冰厚度电磁感应探测技术 344

8.4.4 海冰厚度微波探测技术 344

8.4.5 海冰厚度卫星测高反演技术 345

8.4.6 基于卫星测高技术的北极海冰厚度时空变化 353

8.5 海冰温度 356

8.5.1 分裂窗算法原理 358

8.5.2 大气透过率估算 358

8.5.3 比辐射率获取 359

8.5.4 大气透过率温度矫正 359

8.5.5 大气透过率传感器视角矫正 359

参考文献 361

第9章 南极地形测绘 369

9.1 南极站区与冰面地形测绘 369

9.1.1 长城站站区地形测绘 369

9.1.2 中山站站区地形测绘 370

9.1.3 格罗夫山区地形图测绘 370

9.1.4 Dome A地形测绘 372

9.1.5 泰山站区地形图测绘 375

9.2 极地冰下地形测绘 376

9.2.1 冰川内部特征监测方法 376

9.2.2 基于GPR的冰下地形测绘 380

9.2.3 GPR野外测量实例 389

9.3 极区海面地形与海底地形测绘 397

9.3.1 概述 397

9.3.2 回声测深原理 398

9.3.3 多波束测深 400

9.3.4 机载激光测深 404

9.3.5 基于水下机器人的水下地形测量 407

9.3.6 测线布设 409

9.3.7 测深精度 411

9.3.8 水位改正 413

9.3.9 测量数据质量与管理 419

9.3.10 海底地形成图 420

参考文献 423

第10章 极地数字制图 425

10.1 极地地图投影 425

10.1.1 高斯-克吕格投影 425

10.1.2 通用横轴墨卡托投影 427

10.1.3 墨卡托投影 428

10.1.4 通用极球面投影 429

10.1.5 兰伯特正形等角圆锥投影 430

10.1.6 广义等差分纬线多圆锥投影 431

10.2 极地地图编制 432

10.2.1 地图编辑设计一般过程 432

10.2.2 地图制图工艺流程 437

10.2.3 地图制图与出版一体化技术 438

10.2.4 小比例尺南北极地图编制 440

10.2.5 重点考察区域大中比例尺系列地图编制 443

10.2.6 《南北极地图集》编制 445

10.2.7 南北极环境综合考察标准底图发布系统 447

10.3 极地遥感制图 450

10.3.1 极地遥感制图设计 450

10.3.2 极地遥感正射影像图 452

10.3.3 极地遥感专题影像地图 453

10.4 南极地名 458

10.4.1 南极考察与南极地名 458

10.4.2 南极地名的命名 461

10.4.3 中国命名的南极地名 463

参考文献 464

第11章 极地地理信息系统 466

11.1 极地地理信息系统概述 466

11.2 中国极地考察管理信息系统 466

11.2.1 概述 466

11.2.2 系统整体构架 467

11.2.3 地理信息管理 469

11.2.4 极地考察管理信息 470

11.3 雪龙在线网络信息平台 471

11.3.1 系统架构与技术流程 471

11.3.2 功能模块 475

11.3.3 海冰影像更新 476

11.4 “掌上两极”移动信息平台 478

11.4.1 系统设计 479

11.4.2 客户端设计与实现 480

11.4.3 服务器端设计与实现 481

11.5 信息应用服务 484

11.6 基于GIS的极地战略 485

11.6.1 考察站选址 485

11.6.2 极地战略态势可视化分析 491

参考文献 496