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幸运赛车app 冰冻圈遥感:助力“三极”大科学计划
作者:admin    发布时间: 2020-04-21 21:30

中国网/中国发展门户网讯 冰冻圈是地球气候体系五大圈层之一,其构成包括冰川(含冰盖)、冻土、积雪、河冰、湖冰、海冰、冰架、冰山,以及大气圈内的冰晶和过冷水云、降雪、冰雹与霰。冰冻圈的转折与气候、水循环和生态体系的转折有亲昵有关,其不光直接影响全球气候、海平面、湖泊和河流的转折,还会对生态与环境及社会经济可赓续发展带来影响,所以冰冻圈科学在地球科学和人文科学中有着奇异域位。

冰冻圈科学主要钻研自然背景条件下地球冰冻圈各构成要素的形成、发育、演化规律,以及各要素之间相互作用的过程;冰冻圈各要素和团体与气候体系其他圈层之间的相互作用、转化和影响;冰冻圈与经济社会可赓续发展之间的有关——稀奇是全球和区域冰冻圈转折的适宜、减懈弛对策。

冰冻圈各要素主要分布在高纬度和高海拔地区,开展地面不悦目测较难得,难以布设高密度不悦目测网络,所以遥感不悦目测成为冰冻圈钻研不走或缺的办法。冰冻圈遥感是指采用非接触式不悦目测办法,获取冰冻圈各要素的几何、物质和能量特性的技术。现在,冰冻圈遥感办法涵盖可见光/近红外、炎红外、微波、激光、无线电及重力测量遥感形式。遥感平台以卫星为主,航空和地基遥感也是冰冻圈遥感的主要实验办法,近年来崛首的无人机遥感更是雄厚了冰冻圈遥感办法。

冰冻圈遥感学行为冰冻圈科学体系中的一个主要分支,该学科与冰冻圈科学体系中其他分支(如冰冻圈水文学、冰冻圈气候学)相互借鉴、相互促进,但也自成体系。本文介绍了冰冻圈遥感学的基本钻研内容和形式,进一步回顾国内外冰冻圈遥感的有关钻研挺进,并分析吾国冰冻圈遥感的上风与不能,末了探讨了冰冻圈遥感如何助力“三极”大科学计划。

冰冻圈遥感概述

冰冻圈遥感学由遥感科学的基本原理发展而来,其钻研对象又是具有稀奇电磁波特性的冰冻圈要素。例如,积雪在可见光波段的高逆射率与近红外波段的矮逆射率,这一特性使得行使多光谱遥感能够特意容易将积雪从其他地物中识别出来;又如,液态水在微波波段的介电常数约为 80,而在凝结为冰晶时则降落到约为 3,这就给行使微波遥感判识土壤或者水体形式是否凝结挑供科学的判别标准,如海冰和地外冻融过程。所以,相对于植被、土地行使等遥感,冰冻圈遥感有其稀奇的钻研形式。

冰冻圈遥感学从钻研对象大体能够分为陆地冰冻圈遥感、海洋冰冻圈遥感和大气冰冻圈遥感 3 个方面。陆地冰冻圈主要包括积雪、冰川与冰盖、冻土及河冰和湖冰,针对其的钻研内容和办法最为雄厚;海洋冰冻圈主要包括海冰、冰架、冰山等;大气冰冻圈主要是大气圈内的冰晶和过冷水云、降雪、冰雹与霰。外 1 列出了大片面冰冻圈遥感内容及响答的遥感技术。能够看出,可见光/近红外及相符成孔径雷达(SAR)可监测的参数最多幸运赛车app,且联相符个参数也能够用分歧的遥感形式监测。但是幸运赛车app,分歧的形式上风分歧。以雪深遥感逆演为例幸运赛车app,SAR和微波辐射计都能够逆演雪深。微波辐射计固然空间分辨率矮,但能够获取逐日的积雪转折过程。所以,必要按照钻研现在的选择响答的技术办法。此外,因为每栽遥感形式有各自的优、弱点,往往必要说相符多源遥感数据开展监测。以积雪面积为例,可见光遥感能够实在获取积雪面积,但受云层影响会缺失许多地外新闻,此时能够说相符具有穿透性的微波遥感来增添云层下的积雪新闻。

冰冻圈遥感钻研挺进

冰冻圈遥感技术钻研挺进

冰冻圈遥感首于 1961 年,但直到 1990 年以后,随着对地不悦目测技术的飞速发展,冰冻圈遥感才取得了迅猛发展。稀奇是 21 世纪以来,新式、先辈传感器的涌现,以及特意针对冰冻圈钻研的卫星成功发射和运走,如 NASA 的 ICESAT 卫星和欧洲航天局 CryoSat 卫星,使冰冻圈遥感的发展愤怒蓬勃。

用于冰冻圈不悦目测的遥感技术主要包括: 可见光/红外遥感技术。现在,正朝着长时序、高光谱、高空间和高时间分辨率、大幅宽和三维新闻获取等不悦目测能力倾向发展。 微波遥感技术。行为主动微波遥感中央传感器的 SAR 技术发展快捷,行使该技术的卫星及后续的雷达卫星义务计划大多具有双站/或星座协同不悦目测、极化干涉测量、三维/四维新闻获取、高分宽幅数据采集或超高分辨率不悦目测能力,可实现冰冻圈形式动态过程高邃密、大尺度和时间赓续的监测与评估。 激光、重力及其他新式遥感技术。激光雷达卫星也从单个点不悦目测向点云不悦目测发展,已有的重力卫星已经在大尺度物质均衡中取得了创新性的挺进。异日,该类技术将在挑起飞间分辨率方面取得突破,其他新式遥感技术(如微光遥感)也尝试用于冰冻圈要素挑取。

冰冻圈遥感行使钻研挺进

遥感技术最大的上风在于获取大周围冰冻圈要素的新闻,最为隐微的收获为行使多源遥感数据评估全球冰川物质均衡及对海平面上升的贡献量。而南极、北极和山地冰冻圈遥感行使具有分歧区域的科学题目和技术办法。山地冰冻圈遥感主要围绕冰川、积雪、冻土制图与转折监测,以及这些冰冻圈要素转折对区域生态环境和水资源的影响等开展遥感行使钻研。南极冰冻圈遥感行使钻研除了评估南极冰盖物质均衡以外,主要针对冰架崩解、触地线、海冰等开展遥感监测;其中,南极制图也是一项主要的科学义务。按照被动微波亮度温度遥感数据获取的长时间序列海冰产品发现,与北极海冰快速缩短分歧,南极海冰以前数十年转折不大,甚至略有添添。

在北极地区,主要科学题目包括格陵兰冰盖快速融化、北极海冰快速缩短,以及冰冻圈退守对北极航道的影响等;此外,北极气候放大效答、泛北极地区积雪转折、多年冻土退化产生的生态与工程效答也受到普及关注。星载、机载和地基遥感不悦目测在北极开展的钻研较多,对于北极转折的认知有了较大升迁;同时,全球也已发首较多北极不悦目测钻研的国际计划,如国际北极漂泊冰站计划(MOSAiC)、全球冰冻圈不悦目测计划(GCW)、北极综相符不悦目测体系项现在(INTAROS)等。格陵兰冰盖与南极冰盖物质均衡均为负,但是其溶解机理存在迥异。主被动微波遥感原料均表现:格陵兰冰盖形式溶解逐年添强,这使得冰盖形式逆照率进一步降矮以吸取更多的炎量,添速了融化;南极冰盖的溶解主要在冰盖边缘,其物质亏损以冰架崩解为主,原形上近年来也不悦目测到南极冰盖形式的溶解在添剧。毫无疑问,北极海冰快速缩短是最值得关注的题目。行使遥感技术不光能监测到海冰周围的缩短,还能识别出海冰类型的转折,而遥感不悦目测到的海冰形式融池的大幼和数目正在成为海冰溶解的关键因素。

综上所述,对于区域冰冻圈遥感,北极地区现在被认为最主要,投入项现在最多且收获也最多,是钻研炎点区域;南极地区主要是按照各国家的国力配置和科学家解放追求为主;山地冰冻圈则由各地区自立开展有关钻研。

吾国冰冻圈遥感挺进

吾国冰冻圈遥感的特点

吾国冰冻圈遥感钻研区域以青藏高原为主,挺进较多、收获雄厚;其中,最具有代外性的做事表现在冰川、积雪、冻土 3 个方面。

在冰川遥感方面。冰川遥感技术的赓续成熟,为完善吾国第一次冰川编现在和第二次冰川编现在作出了主要贡献;其历程经历了航空遥感解译、陆地卫星原料的大量行使、冰川主动化分类形式发展、冰川属性主动挑取等阶段。近年来,吾国学者在挑取冰川物质均衡、冰川形式流速等方面也取得了特出收获。

在积雪遥感方面。吾国学者竖立了长时间序列的积雪面积、雪深和雪水当量遥感产品,得到了普及行使。稀奇是行使“风云”气象卫星的被动微波亮度温度发展了吾国的雪深逆演算法。此外,在光学遥感积雪面积产品去云方面也取得了具有特色的钻研贡献,初步注释了青藏高原地区以前 40 年积雪面积和雪深的时空转折。受到青藏高原地形复杂等因素影响,现在遥感雪深产品的空间分辨率还有待进一步挑高,以已足水文水资源钻研的需求。

在冻土及冰缘环境遥感方面。融相符多源遥感新闻的综相符不悦目测已经成为冻土制图的主要形式。现在,吾国学者已得到了青藏高原炎安详性冻土分布及其长序列转折。吾国的主动微波遥感技术在地外形变、运动层厚度逆演等方面也取得了快速挺进,稀奇是相符成孔径干涉雷达(InSAR)方面,具有代外性的是行使被动微波亮度温度发展了地外冻融状态的决策树算法,制备了长时间序列地外冻融循环过程数据 。

吾国北极冰冻圈遥感

近年来,吾国北极冰冻圈遥感逐渐开展,现在偏重在北极海冰监测和通航能力的钻研。北极海冰遥感钻研主要荟萃在两方面:海冰周围、类型、浓密度等参数逆演;海冰与全球气候转折有关。已在行使遥感卫星数据钻研航道上海冰的季节和年际转折,分析通航影响因子,以及评估通航能力等方面取得了较益的挺进。

如前所述,北极地区除了海冰遥感,还涉及格陵兰冰盖、河冰和湖冰、积雪等诸多钻研内容。吾国学者近年来也逐渐开展有关钻研,团体上偏重于遥感数据的分析和产品行使,而在遥感机理与逆演形式方面开展较少。随着吾国“冰上丝绸之路”倡议的挑出和《中国的北极政策》白皮书的发布,北极即将成为吾国冰冻圈遥感钻研的炎点地区。

吾国南极冰冻圈遥感的特点

吾国自 1983 年添入《南极条约》以来,南极测绘与遥感得到了很益的发展,主要涉及极地测绘、海冰、冰盖及冰架遥感监测等钻研内容。在极地测绘方面,吾国先后完善了典型地区大比例尺地形图测图,近年来最先冰下地形和海底地形测绘钻研。在海冰遥感方面,针对南极海冰周围、海冰类型、海冰浓密度、形式逆照率等遥感监测方面取得了诸多钻研收获。在南极冰盖及冰架遥感监测方面,对地形地貌、冰川流速、物质均衡、触地线、冰面特征、形式冻融、冰下湖等方面开展了内心性的钻研做事,稀奇是冰架崩解对南极冰盖物质亏损的贡献。行使陆地资源卫星影像和卫星测高原料,研制了迄今全南极最高分辨率的冰川流速产品(图 );并在国际上首次发现东南极威尔克斯地冰川质量赓续折本,绕极洋流变暖能够是导致该冰川添速溶解的主要因为。随着吾国南极航空探测计划的实走和多颗国产遥感卫星的先后发射,南极冰盖冰厚及其冰下地形、冰下湖泊遥感探测,以及国产卫星南极遥感行使可看形成新的钻研炎点。

冰冻圈遥感学科发展展看

强化冰冻圈遥感学理论和行使体系钻研

冰冻圈遥感学现在仍是一个新兴的学科。随着多栽新式遥感传感器的展现,冰冻圈遥感正面临新的机遇和需求。从学科自己发展的角度,必要进一步强化对冰冻圈要素,如冰川、冻土、积雪、河冰、湖冰、海冰及大气圈冰冻圈等要素的电磁散射和辐射模型的意识,深入理解冰冻圈要素的遥感散射和辐射机理与过程,为冰冻圈要素遥感逆演挑供理论赞成。尤其是大气冰冻圈遥感钻研基础相对单薄,必要给予稀奇关注。

冰冻圈涉及生态、水文、大气、海洋、灾难等有关学科。议定强化与这些学科的交叉融相符,添强冰冻圈遥感在冰冻圈气候、水文、生态环境和灾难等形式的行使能力,从而在解决这些行使周围的科学题目方面发挥更大的作用。同时,冰冻圈科学与分歧学科周围的发展又为冰冻圈遥感学挑供新的科学题目和行使机遇。例如,光学、电子学、原料科学等学科的发展为冰冻圈遥感获取数据挑供先辈的仪器设备,促进冰冻圈遥感学的发展。

随着冰冻圈转折对国家和地区的政治、社会、经济和可赓续发展的影响赓续添强,吾国从事冰冻圈遥感学基础理论钻研的人员和机构清晰不能。所以,有必要在高等院校和钻研所开设有关本科和钻研生课程,添强公多对于冰冻圈遥感的意识,教育有志于从事冰冻圈遥感科学的人才和队伍。

助力国家“三极”科学计划

南极、北极和以青藏高原为主体的亚洲高山区是地球的“三极”,也是全球冰冻圈的中央分布区域 。“三极”不光蕴藏着全球最大的淡水资源,且油气资源雄厚,是全球资源、能源开发湮没的战略性贮备区域,对吾国异日发展、国家益处和坦然战略具有稀奇的主要意义。同时,“三极”是全球气候变暖最为强烈的地区和全球气候体系多圈层相互作用的典型区,也是影响全球气候与环境转折的关键区和敏感区,其在全球能量和水分循环中发挥偏主要作用。所以,“三极”钻研是地球体系科学多圈层耦相符钻研及“异日地球”自然-社会科学交叉钻研的制高点,国内外科学家正在呼吁开展“三极”科学钻研计划。

受自然条件和社会发展滞后等因素影响,“三极”地区生态环境地面不悦目测能力特意有限,而遥感获取时空分布的对地不悦目测数据能力则具有得天独厚的上风。尽管遥感已经为“三极”地区挑供了大量的冰冻圈数据,但除了 ICESAT 卫星和 CryoSat 卫星之外,现有遥感计划的现在的并不是为冰冻圈不悦目测量身设计,“三极”地区的冰冻圈不悦目测的优先度和数据获取能力都很矮。例如,欧洲航天局计划 2021 年发射的 BIOMASS 卫星,在科学现在的上将极地不悦目测行为第二优先级。固然近年异日本和中国等发射了一些特意针对极区不悦目测的幼卫星,但总体上并异国转折极区不悦目测体系匮乏的局面。所以,为了开展“三极”科学钻研计划,异日需强化研发空-天-地一体化的冰冻圈遥感不悦目测体系。针对冰冻圈遥感的稀奇不悦目测办法和技术形式,必要强化 3 个方面的钻研。

足够行使现有卫星数据,制备极地基础地理新闻和生态环境数据集。例如,行使高分辨率遥感数据摸清极地地形、海情、冰情、植被等基础地理环境新闻,行使中矮分辨率但时间序列较长的遥感数据获取历史时期冰川、冰盖、积雪、海冰等冰冻圈和生态环境转折新闻,从而为开展“三极”科学钻研奠定基础数据赞成。

发展针对冰冻圈科学钻研的特意卫星遥感技术。微波波段的上风在于其穿透性。所以,能够考虑发射矮频波段(如 P 波段)微波辐射计或者 SAR 卫星,开展以去探测不到的冰冻圈要素如冰川厚度、冰盖层析组织、冻土运动层厚度等。

在挑高极地环境不悦目测重访周期方面,能够开展双星说相符不悦目测或者卫星组网不悦目测,实现对极地海冰、冰川和冰盖等的快速转折监测。议定双星说相符或者卫星组网还能够大幅挑高干涉 SAR 测量数据质量,实现冰冻圈形式地形和形变监测。

高空间分辨率重力卫星和大椭圆轨道通讯卫星也是异日极地冰冻圈科学钻研的主要内容。吾国现在正在制定和研发一些特意针对冰冻圈不悦目测的卫星计划,必要快速推进。

(作者:车 涛,中国科学院西北生态环境资源钻研院遥感与地理新闻科学钻研室副主任、钻研员,中国科学院暗河遥感站站长;李 新,中国科学院青藏高原地球科学不凡创新中央,中国科学院青藏高原钻研所 国家青藏高原科学数据中央; 李新武,中国科学院空天新闻创新钻研院 ; 江利明,中国科学院仔细测量科学与技术创新钻研院 大地测量与地球动力学国家重点实验室、中国科学院大学 地球与走星科学学院。《中国科学院院刊》供稿)

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