【遥感应用】美国国家航空航天局ICESat-2卫星提供更深入的海冰预报
来源: https://climate.nasa.gov/news/2567/nasas-icesat-2-to-provide-more-depth-to-sea-ice-forecasts
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2017-09-27

2017年3月17日

2017年3月冰桥行动(Operation IceBridge)观测到的白令海北部Chukchi海初期海冰。沿着飞行线路,IceBridge行动开展冰层厚度测量工作。随着ICESat-2卫星发射成功,它将大大增加全年测量海冰覆盖网格密度能力。

图片提供:美国国家航空航天局(NASA)。

 

2017年3月,北极海冰积冰程度应该达到最大范围,但今年的数值远低于平均值,覆盖面积减少的范围相当于德克萨斯州和新墨西哥州区域大小的总和。现有卫星观测显示出海冰覆盖范围,但还需要进行另一个重要测量。研究人员预计将开始使用NASA冰、云、陆地高程卫星,或简称为ICESat-2,从第三维度对海冰进行测量。

自1979年以来,卫星进行海冰持续测量,并对海冰范围减少趋势进行制图。然而,现有工具对于确定远程大片海冰厚度具有很大难度。海冰厚度测量是一个重要工作。较厚的海冰能够更有效地抵御风暴,厚冰需要多年才能形成。

海冰深度变化改变了海水的盐度和温度,从而改变洋流和大气流。海冰也相当于海洋上的一个“盖子”,使海洋与大气进行隔离,也在冷却地球方面发挥关键作用。

一些科学家已使用现有卫星数据对冰龄进行监测,确定哪些形成期时长超过两个夏天的冰层幸存下来。他们发现,冰龄较长、较厚的海冰正在减少。但借助于ICESat-2,科学家将能够直接测量海冰高度,并以此计算厚度。

ICESat-2拟于2018年发射,将使用一个激光仪器对全球地表高度进行测量。除了关注测量积雪积冰覆盖问题,还将对植被、水体以及更多目标进行监测。基于大量测量结果,科学家利用卫星收集到的足够精确信息了解遥远海洋海冰漂浮在海洋表面的情况,下降到1英寸(3厘米)。

ICESat-2科学任务小组成员,马里兰大学帕克分校极地科学家Sinead Farrell表示,希望ICESat-2帮助解决的问题是发现海冰厚度变化的情况。他们试图监测大片海冰的健康状况,关注的事情之一是确保得到的ICESat-2数据能够尽快送到科学家手中,与科学界分享。

马里兰州NASA戈达德太空飞行中心(Goddard)负责管理的ICESat-2数据,将是海冰预测者的福音。这些研究人员将使用海冰观测结果,提高模拟覆盖北极海冰的范围、厚度和其他因素的计算机模型水平。

密西西比州NASA斯坦尼斯(Stennis)空间中心美国海军研究实验室计算机科学家和海冰建模专家Pamela Posey指出,很难进行模型验证测量,北极测量成本昂贵,而且环境恶劣。

她也是ICESat-2早期项目首席研究员,在卫星发射之前,需要开展与利益相关者沟通的这一部分工作,使任务科学家们了解其他研究人员使用数据的可行性及困难之处。该项目也计划帮助人们在卫星发射后更快地使用数据。

Posey使用一个模型,输入当前北极状况信息,预测未来一周海冰特征。她指出,美国海军(The Navy)提供潜艇和水面舰艇这些信息——如果潜艇有紧急情况需要浮出海面,他们需要知道舰艇上方的海冰厚度。同时,水面舰艇需要通过了解冰层厚度,决定他们是否可以开辟一条新路穿过一个特定区域。

Posey 提到,他们的模型每天运行,提供7天预报。输入模型中的观察信息越多,预报结果也将会更加准确。

她目前正在使用一个欧空局(ESA)克里赛特(Cryosat)卫星冰层厚度产品嵌入模型,以确定在ICESat-2开始提供数据后,进行输入模型方法实践。她计划将ICESat-2测量结果与预测模型冰层测量结果进行比较,验证计算机模型,进行重新设定,提高模型准确性。

加州蒙特利市海军研究生院早期项目首席研究员Andrew Roberts也正关注ICESat-2可以提高遥远地区海冰计算机模拟的可能性问题。

他忙于准备应对引入海冰高度数据的几个问题——一个问题是,模型模拟整个北极海冰的变化情况,ICESat-2将沿卫星测量路径获取独立点测量值,建立匹配栅格数据模型的跟踪信息。

因此,Roberts正创建一个计算机模型程序,用于产生一个仅和ICESat-2测量匹配的海冰测量模拟结果,以便对两组数值进行更好地比较。

Roberts表示,已经有效地对ICESat-2预期观测值进行模拟,这确实是很挑剔的处理方式,但必须想出一个有效方式去实现。

Roberts也在利用计算机模型区分高于海洋表面的海冰高度——ICESat-2将进行基本测量——以便可以对卫星和计算机模拟数据进行比较。这也将能够提高北极预测模型水平。

Navy、船舶公司和其他机构同时使用这些模型,这也为一个偏远的、作为复杂世界一部分的地区提供一个观测窗口。海冰的影响超越了地区界限,它就象全球的一台空调机,反射阳光,否则阳光会被吸收到海洋中;它与大气和洋流交互影响,对较低纬度地区天气和气候系统进行影响;它为野生动物提供季节性栖息地,为土著人群提供狩猎场。

罗伯茨指出,北极海冰正发生急剧的变化,他们正尽力寻找造成该问题的原因。

 

原文题目:NASA's ICESat-2 to Provide More Depth to Sea Ice Forecasts

资料来源:https://climate.nasa.gov/news/2567/nasas-icesat-2-to-provide-more-depth-to-sea-ice-forecasts

 

(王化编译,殷永元审核)