南极地区是全球气候系统的“稳定器”与“放大器”，其表面能量与物质平衡过程深刻影响着全球海平面变化、大气环流及气候演变。空气动力粗糙度长度作为表征南极冰-气相互作用的关键参数，直接决定了感热、潜热及风吹雪的估算精度。然而，受限于传统观测手段的空间分辨率与覆盖范围，在现有极地气候模型中常被简化为常数或经验值，难以反映其在复杂下垫面与多变气象条件下的真实时空变化，成为制约极地地表过程模拟精度的关键瓶颈之一。
南极秦岭站是我国最新建成的南极科学考察站，地处东南极维多利亚地沿岸，是典型的南极下降风频发区，强风过程频繁、风吹雪事件多发（图1），为研究冰-气相互作用下雪面空气动力学粗糙度的动态响应提供了独特且不可替代的天然实验场。
图1 南极秦岭站周边（a）雪脊区与（b）风吹雪现象。
近日，我院与中山大学遥感科学与技术学院程晓教授团队、美国地质调查局Gary D. Clow研究员等合作，基于在南极秦岭站周边采集的多时相无人机倾斜摄影数据与气象观测资料，在厘米级尺度上揭示了极端天气事件对空气动力学粗糙度的影响（图2）。相关成果发表于美国地球物理学会（AGU）旗下期刊《Journal of Geophysical Research: Earth Surface》（http://dx.doi.org/10.1029/2025JF008781）。我院2024级硕士研究生郑卓为第一作者，我院王康研究员与中山大学郑雷教授为共同通讯作者。
图2 研究区位置与细节影像
这项研究首次在南极秦岭站附近区域开展多时相无人机倾斜摄影测量，通过联合配准生成多期厘米级数字表面模型。采用五种空气动力粗糙度参数化模型估算雪表面 ，并选取雪脊区、过渡区和岩石区三类典型下垫面进行对比分析。同时结合气象数据探讨降雪、强风及采样尺度对其的影响。研究发现不同估算模型在绝对数值上存在数量级的差异。雪脊区域的对气象条件变化表现出高度敏感性。在降雪事件后，区域平均由0.01 mm提升至0.1 mm，增幅达一个数量级；而在强风作用下，则下降约一个数量级。相比之下，过渡区与岩石区的变化幅度不足10%，表明雪脊区是气象扰动最敏感的下垫面类型。此外，随采样尺度的增大表现出显著的尺度依赖特征。在0.1 m至5 m的采样尺度范围内，整体平均从0.2 mm上升至2 mm，变化幅度同样达一个数量级。
图3 技术路线图与不同气象条件下局部区域z0变化
本研究实现了复杂下垫面条件下厘米级空气动力学粗糙度的动态表征。该成果为南极冰-气相互作用提供了高分辨率观测约束。特别地，厘米级的精细刻画为准确估算风吹雪通量奠定了关键物理基础，有助于厘清湍流-雪颗粒耦合作用下物质输移的关键过程，进而有效降低冰盖表面物质平衡估算的不确定性。鉴于南极地区在全球气候系统中的关键作用，本研究为提升极地气候模拟能力，以及实现冰盖质量收支的精准评估提供了重要科学支撑。
（本研究得到了教育部学科突破先导项目、国家自然科学基金项目、国家重点研发计划项目以及华东师范大学多功能创新平台的资助。）
