南极存在许多被海冰所包围的，并能长期维持的开阔水，这种独特的现象被称为冰间湖。冰间湖是南极底层水的重要源地，也是南极周边最重要的碳汇区域，因此受到了全球大洋环流与南极生态研究者的广泛重视。然而目前对南极冰间湖的探测方法与产品有许多不足，制约了进一步的研究。例如，现有的方法仅适用于出现频率较高的冰间湖，遗漏了大量偶然出现的小型沿岸冰间湖与大部分开阔大洋冰间湖，且无法追踪各冰间湖的演化；现有的数据产品时间分辨率低（月尺度）且仅更新至2010年。为解决以上问题，实验室创新团队开发了一种南极冰间湖识别-追踪新方法，通过在高时间分辨率下对所有开阔水展开追踪解决了上述难题，并基于此建立并开源发布了国际上首个日分辨率的南极各冰间湖边界数据集（Daily Edge of Each Polynya in Antarctic, DEEP-AA）。

图1 冰间湖识别-追踪算法示意图。

此次发布的DEEP-AA数据集基于不来梅大学的ASI海冰密集度数据，融合了ERA5气温数据与来自澳大利亚Fraser等人与美国NIC的固定冰数据。数据集空间分辨率达到了6.25km、时间分辨率为1天，覆盖时间为2003-2022年4-10月。

图2 传统方法得到的开阔大洋冰间湖频率图与本数据集结果的比较：(a, b) 莫得海隆冰间湖（Maud Rise polynya）；(c, d)宇航员海冰间湖（Cosmonaut polynya）；(e, f)合作海冰间湖（Cooperation polynya）；(g, h)北罗斯海冰间湖（North Ross Sea polynya）；(i, j) 2005年和2018年莫德海隆环状低密集度区（Maud Rise halo）。其中(a)、(c)、(e)和(g)为2003年至2022年传统方法得到的开放水域频率。(b)、(d)、(f)和(h)中的红色边框表示通过我们的跟踪方法在数据集中获得的日尺度冰间湖边界;黄色的阴影区域表示外海，没有阴影的黄色框表示非冰间湖开阔水，底图来自MODIS可见光图像。

研究对比了数据集结果与可见光遥感图像、近红外遥感数据与走航观测得到的冰厚数据，验证了在开阔大洋冰间湖、频繁与偶然出现的沿岸冰间湖中，数据集都具有很高的可靠性。数据集还验证了在冰山入侵冰间湖等极端事件中数据集的准确性。

图3 (a) 各冰间湖分布图，为了便于区分，相邻的冰间湖用不同的颜色标记。(b)冰间湖出现频率。图中标记了35个频繁冰间湖。

图4 频繁与非频繁冰间湖的不同面积季节循环特征。(a)冰间湖年开启日数的频率分布及对应的累积面积(黑线)。(b)频繁与非频繁冰间湖面积。(c)两类冰间湖每周数量。(d)平均每个冰间湖的面积。

研究指出，南极周边存在174个冰间湖，其中沿岸冰间湖158个，是过去认识的3倍。2003-2022年南极冰间湖平均总面积为98040km2，呈现东南极大，西南极小的特征，数量上东西南极相当。研究将年平均开启日数大于120天的冰间湖定义为“频繁冰间湖”，其余为“非频繁冰间湖”。南极共有频繁冰间湖35个，占总数量的20%，总面积的80%。研究发现，频繁与非频繁冰间湖的面积季节循环特征不同，非频繁冰间湖的面积季节性恢复较频繁冰间湖早约1个月。

该研究于2024年9月17日在Nature 旗下高水平期刊Scientific Data上发表，题目为“A dataset of the daily edge of each polynya in the Antarctic”。中山大学大气科学学院博士生林奕辰为本文的第一作者，实验室极地海洋与气候变化团队核心成员杨清华教授为通讯作者，合作者包括日本北海道大学低温科学研究所Yoshihiro Nakayama教授、实验室主任陈大可院士、中山大学大气科学学院博士生梁凯昕和中山大学海洋科学学院硕士生黄勇涛。

该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、南方海洋实验室创新团队建设经费等的支持。

数据集目前已开放获取（https://doi.org/10.5281/zenodo.11379147），构建与验证代码也已开源（https://github.com/Mou-si/DEEP）。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41597-024-03848-2