冰凍圈遙感學(xué)科發(fā)展展望

 加強(qiáng)冰凍圈遙感學(xué)理論和應(yīng)用體系研究

冰凍圈遙感學(xué)目前仍是一個(gè)新興的學(xué)科。隨著多種新型遙感傳感器的出現(xiàn)，冰凍圈遙感正面臨新的機(jī)遇和需求。從學(xué)科本身發(fā)展的角度，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)冰凍圈要素，如冰川、凍土、積雪、河冰、湖冰、海冰及大氣圈冰凍圈等要素的電磁散射和輻射模型的認(rèn)識(shí)，深入理解冰凍圈要素的遙感散射和輻射機(jī)理與過程，為冰凍圈要素遙感反演提供理論支撐。尤其是大氣冰凍圈遙感研究基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，需要給予特別關(guān)注。

冰凍圈涉及生態(tài)、水文、大氣、海洋、災(zāi)害等相關(guān)學(xué)科。通過加強(qiáng)與這些學(xué)科的交叉融合，增強(qiáng)冰凍圈遙感在冰凍圈氣候、水文、生態(tài)環(huán)境和災(zāi)害等方法的應(yīng)用能力，從而在解決這些應(yīng)用領(lǐng)域的科學(xué)問題方面發(fā)揮更大的作用。同時(shí)，冰凍圈科學(xué)與不同學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展又為冰凍圈遙感學(xué)提供新的科學(xué)問題和應(yīng)用機(jī)遇。例如，光學(xué)、電子學(xué)、材料科學(xué)等學(xué)科的發(fā)展為冰凍圈遙感獲取數(shù)據(jù)提供先進(jìn)的儀器設(shè)備，促進(jìn)冰凍圈遙感學(xué)的發(fā)展。

隨著冰凍圈變化對(duì)國家和地區(qū)的政治、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的影響不斷增強(qiáng)，我國從事冰凍圈遙感學(xué)基礎(chǔ)理論研究的人員和機(jī)構(gòu)明顯不足。因此，有必要在高等院校和研究所開設(shè)相關(guān)本科和研究生課程，增強(qiáng)公眾對(duì)于冰凍圈遙感的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)有志于從事冰凍圈遙感科學(xué)的人才和隊(duì)伍。

 助力國家“三極”科學(xué)計(jì)劃

南極、北極和以青藏高原為主體的亞洲高山區(qū)是地球的“三極”，也是全球冰凍圈的核心分布區(qū)域??！叭龢O”不僅蘊(yùn)藏著全球最大的淡水資源，且油氣資源豐富，是全球資源、能源開發(fā)潛在的戰(zhàn)略性儲(chǔ)備區(qū)域，對(duì)我國未來發(fā)展、國家利益和安全戰(zhàn)略具有特殊的重要意義。同時(shí)，“三極”是全球氣候變暖最為劇烈的地區(qū)和全球氣候系統(tǒng)多圈層相互作用的典型區(qū)，也是影響全球氣候與環(huán)境變化的關(guān)鍵區(qū)和敏感區(qū)，其在全球能量和水分循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。因此，“三極”研究是地球系統(tǒng)科學(xué)多圈層耦合研究及“未來地球”自然-社會(huì)科學(xué)交叉研究的制高點(diǎn)，國內(nèi)外科學(xué)家正在呼吁開展“三極”科學(xué)研究計(jì)劃。

受自然條件和社會(huì)發(fā)展滯后等因素影響，“三極”地區(qū)生態(tài)環(huán)境地面觀測能力非常有限，而遙感獲取時(shí)空分布的對(duì)地觀測數(shù)據(jù)能力則具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。盡管遙感已經(jīng)為“三極”地區(qū)提供了大量的冰凍圈數(shù)據(jù)，但除了?ICESAT?衛(wèi)星和?CryoSat?衛(wèi)星之外，現(xiàn)有遙感計(jì)劃的目標(biāo)并不是為冰凍圈觀測量身設(shè)計(jì)，“三極”地區(qū)的冰凍圈觀測的優(yōu)先度和數(shù)據(jù)獲取能力都很低。例如，歐洲航天局計(jì)劃?2021?年發(fā)射的?BIOMASS?衛(wèi)星，在科學(xué)目標(biāo)上將極地觀測作為第二優(yōu)先級(jí)。雖然近年來日本和中國等發(fā)射了一些專門針對(duì)極區(qū)觀測的小衛(wèi)星，但總體上并沒有改變極區(qū)觀測系統(tǒng)缺乏的局面。因此，為了開展“三極”科學(xué)研究計(jì)劃，未來需加強(qiáng)研發(fā)空-天-地一體化的冰凍圈遙感觀測系統(tǒng)。針對(duì)冰凍圈遙感的特殊觀測手段和技術(shù)方法，需要加強(qiáng)?3?個(gè)方面的研究。

充分利用現(xiàn)有衛(wèi)星數(shù)據(jù)，制備極地基礎(chǔ)地理信息和生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)集。例如，利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)摸清極地地形、海情、冰情、植被等基礎(chǔ)地理環(huán)境信息，利用中低分辨率但時(shí)間序列較長的遙感數(shù)據(jù)獲取歷史時(shí)期冰川、冰蓋、積雪、海冰等冰凍圈和生態(tài)環(huán)境變化信息，從而為開展“三極”科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

發(fā)展針對(duì)冰凍圈科學(xué)研究的專門衛(wèi)星遙感技術(shù)。微波波段的優(yōu)勢在于其穿透性。因此，可以考慮發(fā)射低頻波段（如?P?波段）微波輻射計(jì)或者?SAR?衛(wèi)星，開展以往探測不到的冰凍圈要素如冰川厚度、冰蓋層析結(jié)構(gòu)、凍土活動(dòng)層厚度等。

在提高極地環(huán)境觀測重訪周期方面，可以開展雙星聯(lián)合觀測或者衛(wèi)星組網(wǎng)觀測，實(shí)現(xiàn)對(duì)極地海冰、冰川和冰蓋等的快速變化監(jiān)測。通過雙星聯(lián)合或者衛(wèi)星組網(wǎng)還可以大幅提高干涉?SAR?測量數(shù)據(jù)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)冰凍圈表面地形和形變監(jiān)測。

高空間分辨率重力衛(wèi)星和大橢圓軌道通訊衛(wèi)星也是未來極地冰凍圈科學(xué)研究的重要內(nèi)容。我國目前正在制定和研發(fā)一些專門針對(duì)冰凍圈觀測的衛(wèi)星計(jì)劃，需要快速推進(jìn)。

（作者：車  濤，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院遙感與地理信息科學(xué)研究室副主任、研究員，中國科學(xué)院黑河遙感站站長；李  新，中國科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，中國科學(xué)院青藏高原研究所  國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心；  李新武，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院 ；    江利明，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院  大地測量與地球動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國科學(xué)院大學(xué)  地球與行星科學(xué)學(xué)院。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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