单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,冰冻圈科学概论,冰冻圈监测技术的现状、缺陷与进展,效存德,中国科学院冰冻圈科学国家重点试验室,2023年12月1日,中国科学院争论生院教程2023,冰川、冰盖面积：约占陆地面积10%,冻土季节冻土和多年冻土：总计约占陆地面积2/3；多年冻土约占1/4,积雪面积：1月掩盖陆地面积30北半球近50%,海冰面积：约占海洋面积7%,冰冻圈,：,地球表层水以固态形式存在的圈层,陆地积雪参数的观测力量和要求,代码如下：,C=目前力量,T=阈值要求最低要求,O=客观要求目标，,L=观测范围低端值,U=单位,H=观测范围高端值，,V=数值，,cl=气候，,op=业务要求；,积雪：影响地表水和能量通量、大气动力和天气、季节冻土和多年冻土、生物地球化学通量和生态系统动力学,观测现状,观测参数单一，不全面,积雪观测网络萎缩或完全消逝,大多数地面观测方法都是在单点进展的单一积雪观测,1966年以来，已广泛应用近地轨道LEO和地球静止卫星GEO的可见光、近红外和微波传感器观测积雪范围,星载卫星对雪深和SWE的观测力量相当有限。微波传感器的消失弥补了这一缺陷，但是目前的传感器对频率和区分率的组合没有做到最正确。,SAR观测抑制了区分率的问题，但是当前的传感器扫描频率太低，对绝大局部积雪都不适用,观测缺陷,地面观测缺少全面信息，无法对积雪数据有效使用和数据融合,SWE的观测少，很多地区完全没有,观测方法、频率和报告时次与标准存在很多不全都性,积雪观测的可信度极大地依靠于观测的精度和全面的元数据信息，很多地面观测不供给元数据,现有观测大多是针对特定用户和应用领域而存在的，而没有更宏大的目标或更高协调机构,遥感观测需要增加和补充地面观测,仍旧存在雪与云的判别问题,。,进展建议,地面积雪观测网络的协调打算，先国内，后国际,提高卫星观测的力量：需要高空间区分率和谱区分率的改进型仪器，高频率Ku-，X-波段的SAR应当是对全球雪水当量观测的首选,进展不同植被状况下观测SWE的算法和新传感器,进展实测和卫星反演数据的融合技术,集成多传感器数据的合成和融合全部积雪观测资源的全球分析系统,冻土参数的观测力量和要求,观测现状,全球陆地多年冻土观测网GTN-P：多年冻土热状况即地面温度，活动层厚度；,GTOS陆地生态系统监测网点：土壤温度和冻土深度；,北极海岸动力学打算ACD：北极海盆海岸线25个关键站点组成的网络；,多年冻土地区的属性不能通过遥感平台直接探测。但很多地表特征和冰缘地貌可以通过很多传感器观测,观测缺陷,观测网络不健全，观测主题各地不统一；,冻土遥感没有大的突破，需要进展新遥感技术，间接观测冻土参数；,寒区DEMs空间元网格区分率1km不够高，缺乏以描述冻土区的地面变形,进展建议,拓展观测网络，冻土观测中增加其他要素如雪观测，进展观测自动化；,建立季节冻土网络，突出土壤温度、冻结深度,进展土壤冻结/溶化循环微波被动和主动传感器监测的遥感算法；,进展从观测站点向多年冻土观测网络转化的升尺度新技术,流域尺度冻土溶化：重力卫星资料,冰川参数的观测力量和要求,观测现状,全球陆地冰川网络GTN-G，世界冰川监测效劳中心WGMS；,19721981年间的地球资源探测卫星MSS图编纂了11卷地图集 全球冰川卫星图片地图集 2023年全部完成；,轨道式ASTER立体传感器和类似传感器如SPOT5-HRS或ALOS供给了产生冰川DEM方法,重复轨道差分干预测量法D-InSAR绘制冰川外表地形图，供给外表运动速度图,观测缺陷,全球冰川名目数据库存在很大空白,GLIMS打算掩盖到5级观测站点,确保GTN-G内部全面综合的、多层次的冰川观测体系,冰川物质平衡数据特别稀有，不能满足区域的和/或全球水资源治理,综合方法监测冰川流速：挑战,进展建议,完成全球冰川编目，改进气象数据、冰川物质平衡及其动态响应之间关系的模式,开展高精度的冰川地形绘图,InSAR-冰流速；CoreH2O-空间分布式积存区信息,维持稳定的地面冰川观测网络,建立一套全球性二维(2D)冰川名目如冰川几何形态),雪/冰温度和反照率参数的观测力量和要求,外表温度是冰冻圈争论的最重要参数之一，它供给雪、冰、陆地或海洋外表状态的直接信息，与全球气候变化之间有直接关系,雪和冰的反照率相对较高，因此冰冻圈在气候变化争论中具有特殊性,观测现状,海冰和陆地冰外表温度的地面观测很少，由于冰盖和海冰幅员宽阔且难以到达,红外传感器测量：Nimbus卫星，NOAA卫星，AVHRR，MODIS；,反照率：AVHRR 和 MODIS,观测缺陷,寒区气象站分布不均且稀疏，外表温度观测不能准确估算极区和高海拔地区温度的变化趋势,由于云的高频发性和高持续性，热红外卫星传感器在极地区域的应用很不抱负,利用外表观测的温度检验反演的卫星数据是有问题的，由于绝大多数气象站上报的都是2m高度的大气温度，而不是地面表层辐射温度逆温问题,反照率估算的不确定性主要源于校准的不确定性,验证卫星数据需要确保反演结果的准确性，但观测向上和向下短波辐射的气象站很少，反照率的实测尤为稀有。,进展建议,拓展辐射观测的地表网络，以验证卫星观测的外表反照率和温度,拓展MODIS 雪反照率的日资料，使之包括海冰,红外和被动微波数据的结合，将有助于提高精度和时空掩盖度,多角度卫星观测如利用MISR 和 PARASOL，更好地提醒雪冰的双向反射函数BRDF的特征,进展卫星的雪冰光谱反照率的估算方法。将来的卫星应当装载分光仪。,降雪参数的观测力量和要求,运行中,已正式批准,打算/申请中,支撑冰冻圈观测的卫星任务,三种空间技术:,直接测量冰盖高度变化高度计,测量冰盖质量(重力卫星GRACE),估算物质通量变化,(SAR-冰流速率&高度计-厚度),Radar/laser,SAR,G,RACE,1991以来冰盖物质平衡监测的主要技术进展卫星,南极冰盖物质平衡,体积变化高度计,Pritchard et al.,Nature 2023,优点:时间序列相对较长(1991-今),缺点:雪密度未知,空间掩盖度不够,ICESat,机载高度计,物质平衡变化重力场测量,南极冰盖物质平衡,Velicogna&Wahr,Science 2023,优点:直接测量,缺点:时间序列尚短,GIA 校正,空间区分率低(22),GRACE卫星,冰盖动力与区域气候,南极冰盖物质平衡,Rignot et al.,NatGeo,2023,优点:监测到冰川加速运动,缺点:需高精度气候学和冰川学参数,The,“Third Pole”,(Himalaya and Tibetan Plateau),Main issues for regional sustainable development are cryospheric,and should be addressed by the Global Cryosphere Watch(GCW),Location of High Asian cryosphere,Observation sites of UAC,Glacier,Hydrology,Snow cover,Frozen ground,任重道远，十年能否磨一剑？！,