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| 法国图卢兹第三大学 José Darrozes研究团队——基于 GRACE/GRACE-FO 的格陵兰冰盖质量变化年内与年际振荡及其与气候指数和气象参数的联系研究 | Remote Sensing |
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论文标题：Annual and Interannual Oscillations of Greenland’s Ice Sheet Mass Variations from GRACE/GRACE-FO, Linked with Climatic Indices and Meteorological Parameters
论文链接：https://www.mdpi.com/2072-4292/18/9/1269
期刊名：Remote Sensing
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/remotesensing
格陵兰冰盖是除海水热膨胀之外当代海平面上升的最大贡献者，自1990年以来整体处于质量亏损状态。这一亏损过程并非线性匀速减缓，而是在大气与海洋环流的共同作用下呈现出复杂的年际与年内波动，深入理解这些波动背后的气候驱动机制，是准确预测冰盖未来贡献的关键。来自法国图卢兹第三大学（Université Toulouse III-Paul Sabatier）的José Darrozes副教授及其研究团队在Remote Sensing期刊发表了文章，该研究利用 GRACE 及 GRACE-FO 卫星重力测量数据（2002–2024 年），结合经验正交函数（EOF）分解与交叉小波分析，考察了格陵兰冰盖质量变化与气候指数（北大西洋涛动 NAO、格陵兰阻塞指数 GBI、大西洋多年代际振荡 AMO）及气象参数（温度、降水、反照率）之间的多时间尺度联系，并据此提出了一个完整的冰盖质量年循环概念模型。
图1. 基于COST-G解的格陵兰冰盖质量变化时间序列（2002—2023年，单位：Gt，已进行断层填补）。灰色条带表示GRACE任务末期、GRACE-FO任务初期及两任务之间的观测间断。
研究过程与结果
研究采用国际时变重力场组合服务（COST-G）发布的GRACE/GRACE-FO卫星时变重力场月解产品，经DDK-5去相关滤波、ICE-7G冰后地壳回弹（Glacial Isostatic Adjustment, GIA）校正以及前向建模泄漏误差校正后，获得格陵兰区域完整的月尺度质量变化序列。针对2017–2018年GRACE与GRACE-FO之间的观测断层，研究采用基于快速傅里叶变换的频率插值方法进行填补。在此基础上，作者对NAO、GBI、AMO三个气候指数进行时间积分处理，并将其与CARRA北极区域再分析提供的时间积分温度（TDT）、降水和地表反照率参数进行交叉小波变换（XWT）分析，以识别共同的振荡周期与相位滞后关系。
EOF分析将冰盖质量变化分解为五个主要模态（M1–M5），共解释总方差的67.5%。其中第一模态（M1，31.9%）同时包含年周期与年际变化，是连接气候强迫与质量变化的核心通道。交叉小波分析表明，在年尺度上，冰盖质量变化与温度（r = −0.88）、NAO（r = 0.74）、GBI（r = −0.85）和反照率（r = 0.90）均存在显著相关；在年际尺度上，识别出4–7年与约11年两类周期，其中11年周期与太阳活动周期高度吻合；AMO在多年尺度上与冰盖质量呈正相关，并表现出约3.5年的滞后，暗示大西洋海温对冰盖变化存在长期的调控作用。这些结果共同表明，格陵兰冰盖质量变化受大气、海洋与冰冻圈多圈层耦合过程的驱动，并识别出"1年—4–7年—11年"三个主导时间尺度。
综合上述相关关系，作者构建了一个完整的冰盖质量年循环概念模型（图2）：AMO作为初始驱动，引起北大西洋气压场变化，进而调制NAO与格陵兰上空的大气阻塞（GBI）；大气环流模式通过调制云量、辐射与水汽输送，决定区域温度与降水；温度与降水异常进一步驱动表面反照率变化，而冰-反照率反馈显著放大了太阳辐射对物质平衡的影响。由于系统高度耦合，任一单一因子的外部强迫都可能都可能在年际至多年尺度上产生时空层面的级联放大效应。
图2. 格陵格陵兰冰盖（GIS）、气候指数与气象参数之间相互作用的顺时针循环示意。该循环反映了各要素相互关系所隐含的年周期规律。图中箭头并非直接的因果关系，而表示特定事件之间存在正相关或负相关；部分箭头标注了1、2或3个月的时间滞后。年循环的夏季部分位于图左，冬季部分位于图右；图中字母A至F用于对应全文中的分步说明。
研究还将GRACE反演结果与冰盖质量平衡比对计划（IMBIE）的多方法综合数据集及最新卫星测高数据集进行了对比验证：2003–2011年两种手段一致性良好，但2011年后二者出现显著分歧，其估算差异以每年约 42 Gt 的速率持续扩大，作者指出这可能与CryoSat-2数据的引入、GIA模型差异以及测高对边缘冰川信号捕捉不完整等因素有关。此外，EOF第五模态中识别出2016年11月的显著质量增加事件（约+50 Gt），经分析对应一次极端冬季降水事件（2016年10月破纪录降水与飓风Nicole残余的共同影响），而2017年11月的类似峰值则被判定为断层插值产生的高频伪影。上述结果凸显了冰盖系统对极端天气事件的敏感性，同时也提示在填补卫星观测断层时需谨慎对待非周期瞬变信号。
研究总结
本文基于GRACE/GRACE-FO时变重力数据，联合EOF分解与交叉小波分析，系统解析了2002–2024年格陵兰冰盖质量变化的周期性结构及其气候驱动机制。研究识别出1年、4–7年和11年三个主导周期：年循环刻画了AMO—NAO/GBI—温度/降水—反照率反馈的完整耦合链条；约11年的年代际振荡与太阳活动周期一致，为理解冰盖长期变化提供了新的外强迫视角；4–7年信号的成因尚不明确，可能涉及固体地球自转与大气振荡的混合效应。此外，AMO与冰盖质量之间的相关存在约3.5年的滞后，暗示了大西洋海洋热含量对冰盖变化的长期调控。该研究增进了对格陵兰冰盖多时间尺度变率的理解，后续可利用更长时序的GRACE-FO数据验证年代际信号，并将太平洋年代际振荡等遥相关因子纳入分析框架。
期刊介绍
主编：Prasad S. Thenkabail, 美国地质调查局西部地理科学中心（WGSC），美国;
汪冬冬, 北京大学，中国
期刊范围涵盖遥感科学的各个方面，从传感器设计、验证和校准，到其在地球科学、环境科学、生态学和土木工程中的应用。
2025 Impact Factor：4.3
2025 CiteScore：9.4
Time to First Decision：22 Days
Acceptance to Publication：2.9 Days
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