冰凍圈遙感學科發展展望

 加強冰凍圈遙感學理論和應用體系研究

冰凍圈遙感學目前仍是一個新興的學科。隨著多種新型遙感傳感器的出現，冰凍圈遙感正面臨新的機遇和需求。從學科本身發展的角度，需要進一步加強對冰凍圈要素，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識，深入理解冰凍圈要素的遙感散射和輻射機理與過程，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相對薄弱，需要給予特別關注。

冰凍圈涉及生態、水文、大氣、海洋、災害等相關學科。通過加強與這些學科的交叉融合，增強冰凍圈遙感在冰凍圈氣候、水文、生態環境和災害等方法的應用能力，從而在解決這些應用領域的科學問題方面發揮更大的作用。同時，冰凍圈科學與不同學科領域的發展又為冰凍圈遙感學提供新的科學問題和應用機遇。例如，光學、電子學、材料科學等學科的發展為冰凍圈遙感獲取數據提供先進的儀器設備，促進冰凍圈遙感學的發展。

隨著冰凍圈變化對國家和地區的政治、社會、經濟和可持續發展的影響不斷增強，我國從事冰凍圈遙感學基礎理論研究的人員和機構明顯不足。因此，有必要在高等院校和研究所開設相關本科和研究生課程，增強公眾對于冰凍圈遙感的認識，培養有志于從事冰凍圈遙感科學的人才和隊伍。

 助力國家“三極”科學計劃

南極、北極和以青藏高原為主體的亞洲高山區是地球的“三極”，也是全球冰凍圈的核心分布區域?。“三極”不僅蘊藏著全球最大的淡水資源，且油氣資源豐富，是全球資源、能源開發潛在的戰略性儲備區域，對我國未來發展、國家利益和安全戰略具有特殊的重要意義。同時，“三極”是全球氣候變暖最為劇烈的地區和全球氣候系統多圈層相互作用的典型區，也是影響全球氣候與環境變化的關鍵區和敏感區，其在全球能量和水分循環中發揮著重要作用。因此，“三極”研究是地球系統科學多圈層耦合研究及“未來地球”自然-社會科學交叉研究的制高點，國內外科學家正在呼吁開展“三極”科學研究計劃。

受自然條件和社會發展滯后等因素影響，“三極”地區生態環境地面觀測能力非常有限，而遙感獲取時空分布的對地觀測數據能力則具有得天獨厚的優勢。盡管遙感已經為“三極”地區提供了大量的冰凍圈數據，但除了?ICESAT?衛星和?CryoSat?衛星之外，現有遙感計劃的目標并不是為冰凍圈觀測量身設計，“三極”地區的冰凍圈觀測的優先度和數據獲取能力都很低。例如，歐洲航天局計劃?2021?年發射的?BIOMASS?衛星，在科學目標上將極地觀測作為第二優先級。雖然近年來日本和中國等發射了一些專門針對極區觀測的小衛星，但總體上并沒有改變極區觀測系統缺乏的局面。因此，為了開展“三極”科學研究計劃，未來需加強研發空-天-地一體化的冰凍圈遙感觀測系統。針對冰凍圈遙感的特殊觀測手段和技術方法，需要加強?3?個方面的研究。

充分利用現有衛星數據，制備極地基礎地理信息和生態環境數據集。例如，利用高分辨率遙感數據摸清極地地形、海情、冰情、植被等基礎地理環境信息，利用中低分辨率但時間序列較長的遙感數據獲取歷史時期冰川、冰蓋、積雪、海冰等冰凍圈和生態環境變化信息，從而為開展“三極”科學研究奠定基礎數據支撐。

發展針對冰凍圈科學研究的專門衛星遙感技術。微波波段的優勢在于其穿透性。因此，可以考慮發射低頻波段（如?P?波段）微波輻射計或者?SAR?衛星，開展以往探測不到的冰凍圈要素如冰川厚度、冰蓋層析結構、凍土活動層厚度等。

在提高極地環境觀測重訪周期方面，可以開展雙星聯合觀測或者衛星組網觀測，實現對極地海冰、冰川和冰蓋等的快速變化監測。通過雙星聯合或者衛星組網還可以大幅提高干涉?SAR?測量數據質量，實現冰凍圈表面地形和形變監測。

高空間分辨率重力衛星和大橢圓軌道通訊衛星也是未來極地冰凍圈科學研究的重要內容。我國目前正在制定和研發一些專門針對冰凍圈觀測的衛星計劃，需要快速推進。

（作者：車  濤，中國科學院西北生態環境資源研究院遙感與地理信息科學研究室副主任、研究員，中國科學院黑河遙感站站長；李  新，中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心，中國科學院青藏高原研究所  國家青藏高原科學數據中心；  李新武，中國科學院空天信息創新研究院 ；    江利明，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院  大地測量與地球動力學國家重點實驗室、中國科學院大學  地球與行星科學學院。《中國科學院院刊》供稿）

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