【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】冰蓋的變化是全球變化的關(guān)鍵要素。冰蓋內(nèi)部溫度和密度廓線指的是冰蓋內(nèi)部溫度和密度的垂直分布特征，是影響冰蓋內(nèi)部動(dòng)力和熱力過程的主要因素，也是冰蓋物質(zhì)平衡與演化等科學(xué)問題的重要輸入?yún)?shù)。現(xiàn)有的冰芯和鉆孔等現(xiàn)場測量方式不能夠提供冰蓋空間分布觀測信息，而衛(wèi)星遙感手段主要獲取冰蓋覆蓋范圍和表面狀態(tài)信息。
 

　　基于低頻微波的穿透特性發(fā)展新的主被動(dòng)低頻微波探測技術(shù)是冰蓋探測的前沿技術(shù)和方向。其中，探冰雷達(dá)主要提供內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，低頻超寬帶微波輻射計(jì)具有獲取內(nèi)部溫度和狀態(tài)信息的潛力。探測冰蓋內(nèi)部溫度廓線的方法主要受到冰蓋內(nèi)部分層結(jié)構(gòu)、積雪層密度波動(dòng)特征等因素的影響，克服積雪層密度波動(dòng)特征的干擾是反演冰蓋內(nèi)部溫度廓線時(shí)所面臨的主要挑戰(zhàn)，而目前尚未有研究提出利用遙感探測手段對冰蓋積雪層密度波動(dòng)特征進(jìn)行有效估計(jì)的方法。此外，輻射亮溫對冰蓋內(nèi)部溫度的約束能力會(huì)隨深度增加而減弱，深層冰蓋溫度的反演精度也將受到較大限制。
 

　　為進(jìn)一步提高冰蓋內(nèi)部溫度和密度廓線的探測能力，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心微波遙感技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員董曉龍、博士研究生白東錦、研究員朱迪，提出一種冰蓋內(nèi)部溫度和密度廓線的主被動(dòng)微波聯(lián)合遙感探測方法，并獲國家發(fā)明專利授權(quán)。該技術(shù)綜合考慮主被動(dòng)探測通道提供的冰蓋內(nèi)部物理性質(zhì)分布與冰蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反射特征的約束信息，將是實(shí)現(xiàn)冰蓋內(nèi)部溫度和密度垂直分布特征有效探測的新的技術(shù)發(fā)展方向。
 

　　近期，白東錦、董曉龍、朱迪同國外學(xué)者合作，在冰蓋內(nèi)部溫度和密度廓線的主被動(dòng)微波聯(lián)合遙感探測方法方面取得重要成果，并利用現(xiàn)有主被動(dòng)遙感觀測數(shù)據(jù)條件下應(yīng)用到實(shí)際冰蓋區(qū)域進(jìn)行有效性驗(yàn)證。研究基于物理散射算子架構(gòu)建立了能夠全面考慮分層冰蓋媒質(zhì)中非相干散射作用和層間相干作用的分層媒質(zhì)綜合輻射與散射前向模型，并提出了利用UHF和VHF波段探冰雷達(dá)回波剖面測量估計(jì)冰蓋積雪層密度波動(dòng)特征的方法。在此基礎(chǔ)上，研究利用發(fā)展的積雪層輻射修正模型對輻射亮溫中積雪層作用的影響進(jìn)行有效估計(jì)和修正。進(jìn)而，聯(lián)合探冰雷達(dá)回波剖面測量估計(jì)的冰體介電吸收衰減與P-L波段寬帶輻射亮溫觀測提供的互補(bǔ)約束信息，研究基于貝葉斯估計(jì)架構(gòu)提出了冰蓋內(nèi)部溫度廓線的主被動(dòng)聯(lián)合反演算法，并基于機(jī)載主被動(dòng)遙感探測數(shù)據(jù)，對格陵蘭冰蓋測線上的內(nèi)部溫度廓線和積雪層密度隨機(jī)波動(dòng)特征進(jìn)行反演和驗(yàn)證。結(jié)果表明，利用主被動(dòng)聯(lián)合遙感探測方法能夠顯著提高冰蓋內(nèi)部溫度和密度垂直分布特征的探測能力。在與實(shí)際冰芯測量的比較中看到，根據(jù)探冰雷達(dá)回波剖面估計(jì)的密度波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)差分布是對冰芯測量的密度波動(dòng)隨深度變化特征的有效描述。密度波動(dòng)參數(shù)的估計(jì)結(jié)果能夠用于修正冰蓋輻射前向模擬，降低積雪層密度波動(dòng)特征引入的不確定度。此外，相比于單獨(dú)利用被動(dòng)輻射探測通道反演冰蓋溫度廓線的方式，聯(lián)合探冰雷達(dá)回波衰減特征與寬帶輻射亮溫觀測能夠顯著提高深層冰蓋溫度的反演精度，實(shí)現(xiàn)冰蓋內(nèi)部溫度廓線的有效約束。這將為未來冰蓋主被動(dòng)聯(lián)合遙感探測的研究和發(fā)展打下重要基礎(chǔ)。
 

　　在前期關(guān)于利用探冰雷達(dá)回波剖面約束的積雪層密度波動(dòng)特征提高輻射前向模型對冰蓋實(shí)測亮溫模擬能力的成果(IGARSS 2020和IGARSS 2022)的基礎(chǔ)上，關(guān)于分層媒質(zhì)綜合輻射模型的成果已被IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing接收。
 

　　研究工作得到中科院科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目“空基主被動(dòng)冰川探測儀”、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“高分辨率極區(qū)冰凍圈主被動(dòng)微波探測技術(shù)”等的支持。
 

　　格陵蘭冰蓋積雪層密度波動(dòng)特征估計(jì)及輻射亮溫修正結(jié)果。(a)B29冰芯區(qū)域密度估計(jì)與測量值比較，(b)GRIP區(qū)域輻射亮溫中積雪層作用的修正。
 

　　冰蓋內(nèi)部溫度廓線反演分析區(qū)域及反演結(jié)果。(a)分析區(qū)域測線，(b)冰蓋溫度廓線反演，(c)鉆孔區(qū)域溫度反演結(jié)果比較。