冰凍圈遙感：助力“三極”大科學計劃
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中國網/中國發展門戶網訊 冰凍圈是地球氣候系統五大圈層之一，其組成包括冰川（含冰蓋）、凍土、積雪、河冰、湖冰、海冰、冰架、冰山，以及大氣圈內的冰晶和過冷水云、降雪、冰雹與霰。冰凍圈的變化與氣候、水循環和生態系統的變化有密切關系，其不僅直接影響全球氣候、海平面、湖泊和河流的變化，還會對生態與環境及社會經濟可持續發展帶來影響，因此冰凍圈科學在地球科學和人文科學中有著特殊地位。
冰凍圈科學主要研究自然背景條件下地球冰凍圈各組成要素的形成、發育、演化規律，以及各要素之間相互作用的過程；冰凍圈各要素和整體與氣候系統其他圈層之間的相互作用、轉化和影響；冰凍圈與經濟社會可持續發展之間的關系——特別是全球和區域冰凍圈變化的適應、減緩和對策。
冰凍圈各要素主要分布在高緯度和高海拔地區，開展地面觀測較困難，難以布設高密度觀測網絡，因此遙感觀測成為冰凍圈研究不可或缺的手段。冰凍圈遙感是指采用非接觸式觀測手段，獲取冰凍圈各要素的幾何、物質和能量特性的技術。目前，冰凍圈遙感手段涵蓋可見光/近紅外、熱紅外、微波、激光、無線電及重力測量遙感方法。遙感平臺以衛星為主，航空和地基遙感也是冰凍圈遙感的重要實驗手段，近年來興起的無人機遙感更是豐富了冰凍圈遙感手段。
冰凍圈遙感學作為冰凍圈科學體系中的一個重要分支，該學科與冰凍圈科學體系中其他分支（如冰凍圈水文學、冰凍圈氣候學）相互借鑒、相互促進，但也自成體系。本文介紹了冰凍圈遙感學的基本研究內容和方法，進一步回顧國內外冰凍圈遙感的相關研究進展，并分析我國冰凍圈遙感的優勢與不足，最后探討了冰凍圈遙感如何助力“三極”大科學計劃。
冰凍圈遙感概述
冰凍圈遙感學由遙感科學的基本原理發展而來，其研究對象又是具有特殊電磁波特性的冰凍圈要素。例如，積雪在可見光波段的高反射率與近紅外波段的低反射率，這一特性使得利用多光譜遙感可以非常容易將積雪從其他地物中識別出來；又如，液態水在微波波段的介電常數約為?80，而在凍結為冰晶時則下降到約為?3，這就給利用微波遙感判識土壤或者水體表面是否凍結提供科學的判別標準，如海冰和地表凍融過程。因此，相對于植被、土地利用等遙感，冰凍圈遙感有其特殊的研究方法。
冰凍圈遙感學從研究對象大體可以分為陸地冰凍圈遙感、海洋冰凍圈遙感和大氣冰凍圈遙感?3?個方面。陸地冰凍圈主要包括積雪、冰川與冰蓋、凍土及河冰和湖冰，針對其的研究內容和手段最為豐富；海洋冰凍圈主要包括海冰、冰架、冰山等；大氣冰凍圈主要是大氣圈內的冰晶和過冷水云、降雪、冰雹與霰。表?1?列出了大部分冰凍圈遙感內容及相應的遙感技術?？梢钥闯?，可見光/近紅外及合成孔徑雷達（SAR）可監測的參數最多，且同一個參數也可以用不同的遙感方法監測。但是，不同的方法優勢不同。以雪深遙感反演為例，SAR和微波輻射計都可以反演雪深。微波輻射計雖然空間分辨率低，但可以獲取逐日的積雪變化過程。因此，需要根據研究目標選擇相應的技術手段。此外，由于每種遙感方法有各自的優、缺點，往往需要聯合多源遙感數據開展監測。以積雪面積為例，可見光遙感可以準確獲取積雪面積，但受云層影響會缺失很多地表信息，此時可以聯合具有穿透性的微波遙感來補充云層下的積雪信息。