南极冰盖是全球气候系统的重要组成部分,不仅控制着地球的能量平衡、水文循环,还影响着南半球的大气和海洋环流。然而,目前面临的最大挑战就是对南极冰盖变化机制的认知十分有限,为预测未来气候变化带来很大不确定性。航空地球物理探测技术能克服南极恶劣环境条件的限制,高效快速地获得大范围数据,为科学家提供丰富的重力、磁力和冰雷达等数据资料,也为研究南极冰盖过去、现在及未来的演变提供重要的数据支撑。近几年来,我国主导完成了南极最大的数据空白区之一的东南极伊丽莎白公主地的航空地球物理调查工作。现在世界各国开展的航空地球物理调查已基本覆盖整个南极冰盖。高分辨率的探冰雷达技术可以全面准确地刻画冰盖厚度和冰下地形几何特征,以实现高效精细的南极冰盖数字高程模型的研究目标;可以揭露冰盖内部结构、提供内部冰层信息,为建立南极冰盖等时冰层模型提供依据。冰雷达数据还能与冰动力学和气候动力学参数相关联,以评估南极冰盖物质平衡以及冰盖稳定性变化机制;与冰芯数据相关联,为冰盖形成年龄及演化历史提供科学依据。然而,伊丽莎白公主地的三维冰下地形虽然已被初步刻画,但对冰下地形的特征及冰盖内部结构的认识依然十分有限。因此,论文开展了对东南极伊丽莎白公主地基于探冰雷达探测的冰盖内部结构和冰下地形的特征及意义研究。论文从中国南极科学考察队第21次、第29次的内陆车载冰雷达调查以及第32至36次队的航空冰雷达调查获得的东南极中山站至Dome A断面以及伊丽莎白公主地的探冰雷达数据出发,将研究聚焦于冰盖内部冰层结构和冰下地形形态,发展冰雷达数据降噪预处理技术,定量计算内部反射层连续性和冰下地形粗糙度,分析东南极冰盖内部冰层几何结构的时空变化并解释关键物理过程及其冰流效应,结合冰盖内部风蚀反射层结构和冰流模式推断古气候风蚀行为的年龄。首先,本文有针对性地分别对三种不同的探冰雷达系统数据集设计了降噪预处理流程。发现预测反褶积和瞬时振幅方法对于提高21次队车载双频雷达系统的数据信噪比有效;F-K滤波能有效去除机载冰雷达数据中的倾斜条带绕射干扰噪声;F-K偏移能在一定程度上聚焦基岩绕射波,提高界面分辨率;29次车载高分辨率冰雷达系统获得的未连续探测的数据分辨率最高,适合用于500m冰厚以下的深部冰层结构的特征及应用研究。结合人工交互半自动界面提取方法,拾取了冰表面、冰岩界面及内部层,分析了人工拾取结果的可靠性及不确定性。其次,本论文成像分析了伊丽莎白公主地区域冰雷达调查的飞机飞行高程、冰盖表面高程、冰厚以及基底高程结果;利用双参数粗糙度方法计算了冰下地形粗糙度,结合卫星冰流数据揭示了粗糙度参数的空间变异性,分析讨论了四种不同类型的基底粗糙度特征组合与冰流、基底温度、冰下水文之间的联系,推断了其代表的基底环境过程。然后,本文还计算了伊丽莎白公主地冰盖整个中间3/5冰柱以及随深度变化的不同冰柱深度范围内得到的内部层连续指数来量化内部反射层的连续性;讨论了影响连续指数结果的因素,在排除受探测环境条件明显影响的情况下,分析了四种随深度变化的连续指数特征与冰流、冰下地形之间的关系,认识了区域冰盖内部连续性特征变化过程。最后,分析了Dome A至Lambert冰川南侧古气候环境;观测分析了由风蚀活动引起的不整合结构和雪丘结构等风蚀冰层类型的几何形态;结合已有的35.6ka至169.4ka之间的6条等时层的年龄深度信息,讨论了风蚀活动的时空变异性,分析了万年尺度下古风蚀冰层所揭示的古气候突变事件;利用一维冰流模型估算出最早形成的不整合面结构的古气候风蚀活动发生在105.6ka以前;揭示了南半球末次间冰期-冰期可能发生的古气候变化。本研究基于东南极伊丽莎白公主地的冰雷达调查数据,利用定量化解释工具,揭示了该区域冰盖底部复杂的基底粗糙度特征、内部层连续性特征以及被埋藏的复杂风蚀冰层结构。其解释结果及认识不仅揭示了鲜为人知的区域冰下环境和冰内过程,而且为未来更直接的地球物理探测提供约束条件,为切实推动我国南极科学研究提供了重要支撑。研究中设计的冰雷达数据处理流程和处理后的雷达数据产品也直接为后续的应用研究奠定了基础。