中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門戶網(wǎng)訊  冰凍圈是地球氣候系統(tǒng)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(nèi)的冰晶和過(guò)冷水云、降雪、冰雹與霰。冰凍圈的變化與氣候、水循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的變化有密切關(guān)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(huì)對(duì)生態(tài)與環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)影響，因此冰凍圈科學(xué)在地球科學(xué)和人文科學(xué)中有著特殊地位。

冰凍圈科學(xué)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(fā)育、演化規(guī)律，以及各要素之間相互作用的過(guò)程；冰凍圈各要素和整體與氣候系統(tǒng)其他圈層之間的相互作用、轉(zhuǎn)化和影響；冰凍圈與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之間的關(guān)系——特別是全球和區(qū)域冰凍圈變化的適應(yīng)、減緩和對(duì)策。

冰凍圈各要素主要分布在高緯度和高海拔地區(qū)，開展地面觀測(cè)較困難，難以布設(shè)高密度觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，因此遙感觀測(cè)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(cè)手段，獲取冰凍圈各要素的幾何、物質(zhì)和能量特性的技術(shù)。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(wú)線電及重力測(cè)量遙感方法。遙感平臺(tái)以衛(wèi)星為主，航空和地基遙感也是冰凍圈遙感的重要實(shí)驗(yàn)手段，近年來(lái)興起的無(wú)人機(jī)遙感更是豐富了冰凍圈遙感手段。

冰凍圈遙感學(xué)作為冰凍圈科學(xué)體系中的一個(gè)重要分支，該學(xué)科與冰凍圈科學(xué)體系中其他分支（如冰凍圈水文學(xué)、冰凍圈氣候?qū)W）相互借鑒、相互促進(jìn)，但也自成體系。本文介紹了冰凍圈遙感學(xué)的基本研究?jī)?nèi)容和方法，進(jìn)一步回顧國(guó)內(nèi)外冰凍圈遙感的相關(guān)研究進(jìn)展，并分析我國(guó)冰凍圈遙感的優(yōu)勢(shì)與不足，最后探討了冰凍圈遙感如何助力“三極”大科學(xué)計(jì)劃。

 冰凍圈遙感概述

冰凍圈遙感學(xué)由遙感科學(xué)的基本原理發(fā)展而來(lái)，其研究對(duì)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(shí)別出來(lái)；又如，液態(tài)水在微波波段的介電常數(shù)約為?80，而在凍結(jié)為冰晶時(shí)則下降到約為?3，這就給利用微波遙感判識(shí)土壤或者水體表面是否凍結(jié)提供科學(xué)的判別標(biāo)準(zhǔn)，如海冰和地表凍融過(guò)程。因此，相對(duì)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(xué)從研究對(duì)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(gè)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(duì)其的研究?jī)?nèi)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(nèi)的冰晶和過(guò)冷水云、降雪、冰雹與霰。表?1?列出了大部分冰凍圈遙感內(nèi)容及相應(yīng)的遙感技術(shù)。可以看出，可見光/近紅外及合成孔徑雷達(dá)（SAR）可監(jiān)測(cè)的參數(shù)最多，且同一個(gè)參數(shù)也可以用不同的遙感方法監(jiān)測(cè)。但是，不同的方法優(yōu)勢(shì)不同。以雪深遙感反演為例，SAR和微波輻射計(jì)都可以反演雪深。微波輻射計(jì)雖然空間分辨率低，但可以獲取逐日的積雪變化過(guò)程。因此，需要根據(jù)研究目標(biāo)選擇相應(yīng)的技術(shù)手段。此外，由于每種遙感方法有各自的優(yōu)、缺點(diǎn)，往往需要聯(lián)合多源遙感數(shù)據(jù)開展監(jiān)測(cè)。以積雪面積為例，可見光遙感可以準(zhǔn)確獲取積雪面積，但受云層影響會(huì)缺失很多地表信息，此時(shí)可以聯(lián)合具有穿透性的微波遙感來(lái)補(bǔ)充云層下的積雪信息。

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