卫星技术开启南极新窗口

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This article is part of our exclusive IEEE Journal Watch series（https://spectrum.ieee.org/collections/journal-watch/） in partnership with IEEE Xplore.

气候变化、全球变暖、温室效应这些词已成为新世纪的热门话题，科学家连年发布报告称，北极海冰、冰山正在加速融化。北极熊等生物因环境改变、食物匮乏导致的死亡数量越来越多。而南极似乎也正面临这样的情况。

覆盖地球极地的冰对地球的气候有着深远的影响，这就是为什么科学家几十年来一直通过卫星成像敏锐地监测地球的冰盖。然而，这些遥感方法传统上提供了对冰盖范围的一般了解，但很少提供关于冰本身性质的额外细节。幸运的是，由于中国一颗名为Fengyun-3E（FY-3E）的卫星的数据，新的解释正在出现，这有助于科学家更好地确定南极冰是在过去一年还是几年中形成的。

直到2014年，南极的海冰范围一直在增加，之后，其不增反减（https://earthobservatory.nasa.gov/world-of-change/sea-ice-antarctic#:~:text=For%20three%20consecutive%20Septembers%20from,started%20to%20occur%20in%202016.）。形成的南极冰可以在夏天存活并持续多年，但它会受到特别恶劣和动态的因素的影响，如离岸风和强烈的环极流。因此，与北极的冰相比，南极的冰更具动态性，更难分类。

2021年FY-3E卫星的发射为更详细地评估南极冰提供了一种独特的手段。清晨轨道气象卫星（https://link.springer.com/article/10.1007/s00376-023-2388-z - :~:text=Fengyun%2D3E%20(FY%2D3E,the%20current%20mainstream%20operational%20system.）上有许多工具，包括WindRAD（http://www.nsmc.org.cn/nsmc/en/instrument/WindRAD.html），一种有源双频双极化散射仪（https://en.wikipedia.org/wiki/Scatterometer），顾名思义，它测量雷达波在大气中传播时的散射率和特性。FY-3E还能够通过旋转扇形束锥形扫描模式监测地球表面，该模式可以获取海洋表面的风矢量模式和极地的海冰特性。

中国气象局国家卫星气象中心副教授Xiaochun Zhai（https://ieeexplore.ieee.org/author/37089159232）正在帮助分析WindRAD的数据。她解释道：“FY-3E WindRAD轨道观测得出的四个特征参数不仅可以区分海冰和水，还可以进一步区分南极的一年冰和多年冰。

在上个月发表在《IEEE地球科学与遥感快报（https://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentIssue.jsp?punumber=8859）》上的一项研究中，Zhai的团队设计了一种使用WindRAD数据推断南极海冰类型的方法。他们将WindRAD的数据与EUMETSAT海洋和海冰卫星应用设施（OSI SAF，https://www.eumetsat.int/osi-saf）发布的唯一可运行的海冰类型产品、不来梅大学环境物理研究所发布的多年冰浓度产品以及俄罗斯北极和南极研究所（AARI，https://www.aari.ru/en）的冰图进行了比较。结果表明，WindRAD可以准确区分南极一年冰（生长不超过一个冬天的海冰）和多年冰（至少在一个夏天的融化中幸存了下来）。

Zhai说，能够如此详细地监测南极冰层有很多好处。她解释道：“对南极海冰类型的观测和分析可以加深对南极海冰质量平衡、海洋和大气之间的热通量、环极环流和其他过程的理解。”她指出，这些数据也有助于为更准确的冰和气候模型提供信息。

Zhai还指出，WindRAD的最初目的是从太空监测风速和风向的范围。尽管如此，她的团队还是能够扩展该工具的预期用途，并利用其数据更好地了解地球的极地。Zhai说：“这是拓宽卫星微波遥感探测能力的一个很好的例子。”