《冰凍圈科學(xué)綜述》冰凍圈監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀、常見(jiàn)缺陷和發(fā)展

1、冰凍圈科學(xué)綜述冰凍圈監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀、常見(jiàn)缺陷和發(fā)展 冰川、冰蓋面積：約占陸地面積10% 凍土（季節(jié)凍土和多年凍土）：總計(jì)約占陸地面積2/3；多年凍土約占1/4 積雪面積：1月覆蓋陸地面積30（北半球近50%） 海冰面積：約占海洋面積7%冰凍圈：地球表層水以固態(tài)形式存在的圈層陸地積雪參數(shù)的觀測(cè)能力和要求代碼如下：C=目前能力,T=閾值要求（最低要求）,O=客觀要求（目標(biāo)），L=觀測(cè)范圍低端值,U=單位,H=觀測(cè)范圍高端值，V=數(shù)值，cl=氣候，op=業(yè)務(wù)要求；積雪：影響地表水和能量通量、大氣動(dòng)力和天氣、季節(jié)凍土和多年凍土、生物地球化學(xué)通量和生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 觀測(cè)現(xiàn)狀觀測(cè)參數(shù)單一，不全面積雪觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)

2、萎縮或完全消失大多數(shù)地面觀測(cè)方法都是在單點(diǎn)進(jìn)行的單一積雪觀測(cè)1966年以來(lái)，已廣泛應(yīng)用近地軌道（LEO）和地球靜止衛(wèi)星（GEO）的可見(jiàn)光、近紅外和微波傳感器觀測(cè)積雪范圍 星載衛(wèi)星對(duì)雪深和SWE的觀測(cè)能力相當(dāng)有限。 微波傳感器的出現(xiàn)彌補(bǔ)了這一缺陷，但是目前的傳感器對(duì)頻率和分辨率的組合沒(méi)有做到最佳。 SAR觀測(cè)克服了分辨率的問(wèn)題，但是當(dāng)前的傳感器掃描頻率太低，對(duì)絕大部分積雪都不適用觀測(cè)缺陷地面觀測(cè)缺少全面信息，無(wú)法對(duì)積雪數(shù)據(jù)有效使用和數(shù)據(jù)融合SWE的觀測(cè)少，許多地區(qū)完全沒(méi)有觀測(cè)方法、頻率和報(bào)告時(shí)次與標(biāo)準(zhǔn)存在許多不一致性積雪觀測(cè)的可信度極大地依賴于觀測(cè)的精度和全面的元數(shù)據(jù)信息，很多地面觀測(cè)不提供元數(shù)

3、據(jù)現(xiàn)有觀測(cè)大多是針對(duì)特定用戶和應(yīng)用領(lǐng)域而存在的，而沒(méi)有更宏大的目標(biāo)或更高協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)遙感觀測(cè)需要增加和補(bǔ)充地面觀測(cè)仍然存在雪與云的判別問(wèn)題。 。 。 。 。 。 發(fā)展建議地面積雪觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)計(jì)劃，先國(guó)內(nèi)，后國(guó)際提高衛(wèi)星觀測(cè)的能力：需要高空間分辨率和譜分辨率的改進(jìn)型儀器，高頻率（Ku-，X-波段）的SAR應(yīng)該是對(duì)全球雪水當(dāng)量觀測(cè)的首選發(fā)展不同植被狀況下觀測(cè)SWE的算法和新傳感器發(fā)展實(shí)測(cè)和衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的融合技術(shù)集成多傳感器數(shù)據(jù)的合成和融合所有積雪觀測(cè)資源的全球分析系統(tǒng)凍土參數(shù)的觀測(cè)能力和要求 觀測(cè)現(xiàn)狀全球陸地多年凍土觀測(cè)網(wǎng)（GTN-P）：多年凍土熱狀況（即地面溫度），活動(dòng)層厚度；GTOS陸地生態(tài)系統(tǒng)

4、監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn) ：土壤溫度和凍土深度 ；北極海岸動(dòng)力學(xué)計(jì)劃（ACD）：北極海盆海岸線25個(gè)關(guān)鍵站點(diǎn)組成的網(wǎng)絡(luò) ；多年凍土地區(qū)的屬性不能通過(guò)遙感平臺(tái)直接探測(cè)。 但許多地表特征和冰緣地貌可以通過(guò)很多傳感器觀測(cè) 觀測(cè)缺陷觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)不健全，觀測(cè)主題各地不統(tǒng)一；凍土遙感沒(méi)有大的突破，需要發(fā)展新遙感技術(shù)，間接觀測(cè)凍土參數(shù)；寒區(qū)DEMs空間元網(wǎng)格分辨率（1km）不夠高，不足以描述凍土區(qū)的地面變形發(fā)展建議拓展觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，凍土觀測(cè)中增加其他要素（如雪）觀測(cè)，發(fā)展觀測(cè)自動(dòng)化；建立季節(jié)凍土網(wǎng)絡(luò)，突出土壤溫度、凍結(jié)深度發(fā)展土壤凍結(jié)/融化循環(huán)（微波被動(dòng)和主動(dòng)傳感器）監(jiān)測(cè)的遙感算法；發(fā)展從觀測(cè)站點(diǎn)向多年凍土觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化的升尺度新技

5、術(shù)流域尺度凍土融化：重力衛(wèi)星資料冰川參數(shù)的觀測(cè)能力和要求 觀測(cè)現(xiàn)狀全球陸地冰川網(wǎng)絡(luò)（GTN-G） ，世界冰川監(jiān)測(cè)服務(wù)中心（WGMS）；19721981年間的地球資源探測(cè)衛(wèi)星MSS圖編纂了11卷地圖集 全球冰川衛(wèi)星圖片地圖集 （2008年全部完成）；軌道式ASTER立體傳感器和類似傳感器（如SPOT5-HRS或ALOS）提供了產(chǎn)生冰川DEM方法 重復(fù)軌道（差分）干涉測(cè)量法（D-InSAR）繪制冰川表面地形圖，提供表面運(yùn)動(dòng)速度圖 觀測(cè)缺陷全球冰川目錄數(shù)據(jù)庫(kù)存在很大空白 GLIMS計(jì)劃覆蓋到5級(jí)觀測(cè)站點(diǎn),確保GTN-G內(nèi)部全面綜合的、多層次的冰川觀測(cè)體系冰川物質(zhì)平衡數(shù)據(jù)非常稀少，不能滿足區(qū)域的和/或

6、全球水資源管理 綜合方法監(jiān)測(cè)冰川流速：挑戰(zhàn)發(fā)展建議完成全球冰川編目，改進(jìn)氣象數(shù)據(jù)、冰川物質(zhì)平衡及其動(dòng)態(tài)響應(yīng)之間關(guān)系的模式 開(kāi)展高精度的冰川地形繪圖 ,InSAR-冰流速；CoreH2O-空間分布式積累區(qū)信息維持穩(wěn)定的地面冰川觀測(cè)網(wǎng)絡(luò) 建立一套全球性二維(2D)冰川目錄（如冰川幾何形態(tài) )雪/冰溫度和反照率參數(shù)的觀測(cè)能力和要求 表面溫度是冰凍圈研究的最重要參數(shù)之一，它提供雪、冰、陸地或海洋表面狀態(tài)的直接信息，與全球氣候變化之間有直接關(guān)系雪和冰的反照率相對(duì)較高，因此冰凍圈在氣候變化研究中具有特殊性 觀測(cè)現(xiàn)狀海冰和陸地冰表面溫度的地面觀測(cè)很少，因?yàn)楸w和海冰幅員遼闊且難以到達(dá) 紅外傳感器測(cè)量：Nim

7、bus衛(wèi)星，NOAA衛(wèi)星，AVHRR，MODIS ；反照率：AVHRR 和 MODIS 觀測(cè)缺陷寒區(qū)氣象站分布不均且稀疏，表面溫度觀測(cè)不能準(zhǔn)確估算極區(qū)和高海拔地區(qū)溫度的變化趨勢(shì)由于云的高頻發(fā)性和高持續(xù)性，熱紅外衛(wèi)星傳感器在極地區(qū)域的應(yīng)用很不理想 利用表面觀測(cè)的溫度檢驗(yàn)反演的衛(wèi)星數(shù)據(jù)是有問(wèn)題的，因?yàn)榻^大多數(shù)氣象站上報(bào)的都是2m高度的大氣溫度，而不是地面表層（輻射）溫度逆溫問(wèn)題反照率估算的不確定性主要源于校準(zhǔn)的不確定性 驗(yàn)證衛(wèi)星數(shù)據(jù)需要確保反演結(jié)果的精確性 ，但觀測(cè)向上和向下短波輻射的氣象站很少，反照率的實(shí)測(cè)尤為稀少。 發(fā)展建議拓展輻射觀測(cè)的地表網(wǎng)絡(luò)，以驗(yàn)證衛(wèi)星觀測(cè)的表面反照率和溫度 拓展MODI

8、S 雪反照率的日資料，使之包括海冰 紅外和被動(dòng)微波數(shù)據(jù)的結(jié)合，將有助于提高精度和時(shí)空覆蓋度 多角度衛(wèi)星觀測(cè)（如利用MISR 和 PARASOL），更好地揭示雪冰的雙向反射函數(shù)（BRDF）的特征 發(fā)展衛(wèi)星的雪冰光譜反照率的估算方法。 未來(lái)的衛(wèi)星應(yīng)該裝載分光儀。 降雪參數(shù)的觀測(cè)能力和要求 運(yùn)行中 已正式批準(zhǔn) 計(jì)劃/申請(qǐng)中支撐冰凍圈觀測(cè)的衛(wèi)星任務(wù) 三種空間技術(shù) : 直接測(cè)量冰蓋高度變化（高度計(jì)） 測(cè)量冰蓋質(zhì)量 (重力衛(wèi)星GRACE) 估算物質(zhì)通量變化 (SAR-冰流速率& 高度計(jì)-厚度)Radar/laserSARGRACE1991以來(lái)冰蓋物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)進(jìn)展（衛(wèi)星）南極冰蓋物質(zhì)平衡體積變化高

9、度計(jì)Pritchard et al., Nature 2009優(yōu)點(diǎn):時(shí)間序列相對(duì)較長(zhǎng)(1991-今) 缺點(diǎn):雪密度未知,空間覆蓋度不夠 ICESat機(jī)載高度計(jì)物質(zhì)平衡變化重力場(chǎng)測(cè)量南極冰蓋物質(zhì)平衡Velicogna & Wahr, Science 2006優(yōu)點(diǎn):直接測(cè)量缺點(diǎn):時(shí)間序列尚短 GIA 校正 空間分辨率低(22)GRACE衛(wèi)星冰蓋動(dòng)力與區(qū)域氣候南極冰蓋物質(zhì)平衡Rignot et al., NatGeo, 2008優(yōu)點(diǎn):監(jiān)測(cè)到冰川加速運(yùn)動(dòng)缺點(diǎn):需高精度氣候?qū)W和冰川學(xué)參數(shù)The “Third Pole” (Himalaya and Tibetan Plateau) Main issues for regional sustainable development are cryospheric, and should