冰冻圈遥感：助力“三极”大科学计划
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冰冻圈遥感学科发展展望
加强冰冻圈遥感学理论和应用体系研究
冰冻圈遥感学目前仍是一个新兴的学科。随着多种新型遥感传感器的出现，冰冻圈遥感正面临新的机遇和需求。从学科本身发展的角度，需要进一步加强对冰冻圈要素，如冰川、冻土、积雪、河冰、湖冰、海冰及大气圈冰冻圈等要素的电磁散射和辐射模型的认识，深入理解冰冻圈要素的遥感散射和辐射机理与过程，为冰冻圈要素遥感反演提供理论支撑。尤其是大气冰冻圈遥感研究基础相对薄弱，需要给予特别关注。
冰冻圈涉及生态、水文、大气、海洋、灾害等相关学科。通过加强与这些学科的交叉融合，增强冰冻圈遥感在冰冻圈气候、水文、生态环境和灾害等方法的应用能力，从而在解决这些应用领域的科学问题方面发挥更大的作用。同时，冰冻圈科学与不同学科领域的发展又为冰冻圈遥感学提供新的科学问题和应用机遇。例如，光学、电子学、材料科学等学科的发展为冰冻圈遥感获取数据提供先进的仪器设备，促进冰冻圈遥感学的发展。
随着冰冻圈变化对国家和地区的政治、社会、经济和可持续发展的影响不断增强，我国从事冰冻圈遥感学基础理论研究的人员和机构明显不足。因此，有必要在高等院校和研究所开设相关本科和研究生课程，增强公众对于冰冻圈遥感的认识，培养有志于从事冰冻圈遥感科学的人才和队伍。
助力国家“三极”科学计划
南极、北极和以青藏高原为主体的亚洲高山区是地球的“三极”，也是全球冰冻圈的核心分布区域 。“三极”不仅蕴藏着全球最大的淡水资源，且油气资源丰富，是全球资源、能源开发潜在的战略性储备区域，对我国未来发展、国家利益和安全战略具有特殊的重要意义。同时，“三极”是全球气候变暖最为剧烈的地区和全球气候系统多圈层相互作用的典型区，也是影响全球气候与环境变化的关键区和敏感区，其在全球能量和水分循环中发挥着重要作用。因此，“三极”研究是地球系统科学多圈层耦合研究及“未来地球”自然-社会科学交叉研究的制高点，国内外科学家正在呼吁开展“三极”科学研究计划。
受自然条件和社会发展滞后等因素影响，“三极”地区生态环境地面观测能力非常有限，而遥感获取时空分布的对地观测数据能力则具有得天独厚的优势。尽管遥感已经为“三极”地区提供了大量的冰冻圈数据，但除了 ICESAT 卫星和 CryoSat 卫星之外，现有遥感计划的目标并不是为冰冻圈观测量身设计，“三极”地区的冰冻圈观测的优先度和数据获取能力都很低。例如，欧洲航天局计划 2021 年发射的 BIOMASS 卫星，在科学目标上将极地观测作为第二优先级。虽然近年来日本和中国等发射了一些专门针对极区观测的小卫星，但总体上并没有改变极区观测系统缺乏的局面。因此，为了开展“三极”科学研究计划，未来需加强研发空-天-地一体化的冰冻圈遥感观测系统。针对冰冻圈遥感的特殊观测手段和技术方法，需要加强 3 个方面的研究。
充分利用现有卫星数据，制备极地基础地理信息和生态环境数据集。例如，利用高分辨率遥感数据摸清极地地形、海情、冰情、植被等基础地理环境信息，利用中低分辨率但时间序列较长的遥感数据获取历史时期冰川、冰盖、积雪、海冰等冰冻圈和生态环境变化信息，从而为开展“三极”科学研究奠定基础数据支撑。
发展针对冰冻圈科学研究的专门卫星遥感技术。微波波段的优势在于其穿透性。因此，可以考虑发射低频波段（如 P 波段）微波辐射计或者 SAR 卫星，开展以往探测不到的冰冻圈要素如冰川厚度、冰盖层析结构、冻土活动层厚度等。
在提高极地环境观测重访周期方面，可以开展双星联合观测或者卫星组网观测，实现对极地海冰、冰川和冰盖等的快速变化监测。通过双星联合或者卫星组网还可以大幅提高干涉 SAR 测量数据质量，实现冰冻圈表面地形和形变监测。
高空间分辨率重力卫星和大椭圆轨道通讯卫星也是未来极地冰冻圈科学研究的重要内容。我国目前正在制定和研发一些专门针对冰冻圈观测的卫星计划，需要快速推进。
（作者：车 涛，中国科学院西北生态环境资源研究院遥感与地理信息科学研究室副主任、研究员，中国科学院黑河遥感站站长；李 新，中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心，中国科学院青藏高原研究所 国家青藏高原科学数据中心； 李新武，中国科学院空天信息创新研究院 ； 江利明，中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 大地测量与地球动力学国家重点实验室、中国科学院大学 地球与行星科学学院。《中国科学院院刊》供稿）