ICESat-2显示了冰原、海冰和森林的轮廓

ICESat-2显示了冰原、海冰和森林的轮廓

NASA的“冰、云和陆地高程卫星2号”(Ice - Cloud and land Elevation Satellite-2，简称ICESat-2)执行任务还不到三个月，已经超出了科学家们的预期。这颗卫星正在测量不到一英寸的海冰高度，追踪以前未绘制地图的南极山谷的地形，勘测遥远的冰原，并透过森林的树冠和浅浅的沿海水域窥视。随着ICESat-2卫星的每一次发射，该任务都在向追踪地球上快速变化的冰的数据集添加数据。研究人员准备利用这些信息来研究冰盖和冰川融化导致的海平面上升，并改善海冰和气候预测。

位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的ICESat-2项目科学家汤姆·诺伊曼(Tom Neumann)说:“ICESat-2将成为研究和发现的神奇工具，无论是在冰冻圈科学还是其他学科。”周二，诺伊曼和ICESat-2科学团队的其他人在华盛顿举行的美国地球物理联盟(American Geophysical Union)年度会议上分享了这颗卫星的首次观测结果

在南极横贯山脉的地形图中，有一些地方是其他卫星无法看到的。有些仪器不绕行那么远的南方，有些仪器只能探测到较大的特征或最高点，因此无法探测到较小的峰和谷。通过早期的ICESat-2，科学家们开始填补这些细节。“这是一个壮观的地形，”华盛顿大学西雅图分校(University of Washington, Seattle)冰川学家、ICESat-2科学小组成员本杰明·史密斯(Benjamin Smith)说。“我们能够测量整个山脉的坡度，坡度大于45度，甚至可能更陡。”

当ICESat-2在南极冰盖上空运行时，光子从表面反射回来，显示出高的冰架、65英尺(20米)深的冰缝以及冰架尖锐的边缘坠入海洋。史密斯说，这些首次测量可以帮助填补南极地图的空白，但“冰sat -2”任务的关键科学还没有到来。随着研究人员对仪器所指向的位置进行改进，他们可以开始测量冰盖和冰川的上升或下降。史密斯说:“很快，我们就可以将测量结果与以前的地表高度测量结果进行比较。”“在卫星升空一年之后，我们将开始能够看到冰盖随着季节的变化而变化。”

当海冰最初在极地海洋上形成时，在雪落在上面、风把它吹碎成其他浮冰之前，它是薄的、平的、光滑的。位于加州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)的海冰科学家罗恩?郭(Ron Kwok)说，这是测试“冰沙2号”数据有多精确的好地方，因为很长的一段距离应该差不多都是同样的高度。到目前为止?“数据非常惊人，”郭说。“新鲜的冰完全变平了，只有几厘米。”

在南极和北极海冰上收集的ICESat-2数据的头几个月揭示了薄冰、厚冰和冰脊等特征。在浮冰之间的裂缝中，由于冰和水的反射率不同，被称为铅的开放水域在数据中很突出。通过比较导线中水面的高度和冰的高度，科学家们正在估算冰的干舷和厚度。随着ICESat-2的高精度，加上卫星的六束同时获取数据，研究人员将对海冰厚度有一个前所未有的了解，这将有助于改进气候建模和预测。

此外，识别新形成的薄冰的能力将帮助研究人员追踪遥远极地地区的季节变化，并了解驱动这些变化的过程。冰层厚度数据还将帮助科学家改进海冰如何应对北极变暖的计算机模型，以及海冰覆盖预测。郭炳湘说:“在冰川融化和冻结的过程中，我们将有更高的分辨率来分辨哪些地方是冰，哪些地方是水。在边缘冰区，致密的冰层与海洋交汇的地方。”“这将是一门需要思考的新科学。””

ICESat-2总是处于开启状态，不仅在两极，而且在热带和温带地区进行测量，它所能看到的已经让研究人员感到惊讶。“多亏了它的探测技术，我们都对ICESat-2的惊人细节感到吃惊，”德克萨斯大学(University of Texas)研究科学家、ICESat-2科学团队负责人洛里·马格鲁德(Lori Magruder)说。“在每一个表面上，都有一些惊人的特征，是我们在第一次冰敷时不习惯看到的。”例如，从海洋返回的光子可以追踪单个波。在晴朗的沿海地区，测深是可见的，有时深达80英尺(25米)，这有助于包括风暴潮建模在内的研究，马格鲁德说。

当ICESat-2在森林上空运行时，它不仅可以区分树顶，还可以区分内部的树冠和森林底部。尽管研究小组不确定在浓密的树冠下(如热带雨林中发现的树冠下)地形会有多清晰，但结果比预期还要好。通过在全球范围内测量树木高度，ICESat-2任务将能够改进对森林中碳储量的估计。

在ICESat-2科学团队分析首批数据时，美国国家航空航天局(NASA)“冰桥行动”(Operation IceBridge)的同事们正在南极洲上空的飞机上收集数据——飞机的飞行轨迹与卫星的轨道相同。在大片起伏的冰平原上，在从冰盖中探出的陡峭山峰上，在冰川上行进的裂缝线上，空中行动用机载地形测绘仪的激光高度表测量地表高度，用雷达测量冰雪厚度，用重力仪测量亚冰架的水深。十年来，“冰桥”一直在对该地区进行勘测，但今年秋天，他们也在收集数据，以帮助检查“冰桥2号”的准确性。

在三次独立的飞行中，冰桥沿着88度南纬线对平坦的高原进行了勘测，所有的冰sat -2轨道都在此交汇。其他一些航班则沿着卫星的路径，在冰川、冰流和山脉之间飞行，有时刚好在卫星从上空飞过的时候。为了测量海冰，冰桥小组在500英尺的高空短暂飞行，测量风速，计算自ICESat-2测量海冰以来，冰层移动了多远，然后调整飞行路线，测量同一块冰层。NASA戈达德的冰桥项目科学家约瑟夫·麦格雷戈(Joseph MacGregor)说:“几乎每架飞机上都有冰沙-2轨道。”“我们飞过变化迅速的出口冰川，变化较慢的内部，以及对冰蚀2号感兴趣的罕见表面。“‘冰桥’的主要目标是缩小‘冰沙’和‘冰沙-2’之间的差距，因此，知道我们正在完成这一过程是非常有益的。”

第一颗ICESat卫星运行于2003年至2009年，也就是“冰桥”项目启动的时候。ICESat-2于9月15日在加州范登堡空军基地发射。它的激光仪器ATLAS(高级地形激光测高仪系统)向地球发送光脉冲。然后乘以，在十亿分之一秒内，单个光子返回卫星需要多长时间。诺伊曼说，自9月30日首次启动以来，ATLAS已经发射了500多亿次激光，来自该仪器的所有数据显示，它正在正常工作。