2025年12月2日
- 德國航空航天中心 (DLR) 開發的一種演算法首次提供了高解析度地圖，從而可以得出有關當前海冰厚度的結論。
- 這是透過將歐洲雷達衛星 Sentinel-1 的數據與 NASA 衛星 ICESat-2 上搭載的 ATLAS 雷射高度計的測量數據相結合而實現的。
- 生成的海冰地圖解析度為 100 米，比以前根據彙編測量資料繪製的地圖解析度高出 250 倍。
- 這些發現為環境和氣候科學提供了新的理論基礎。
- 重點領域：太空探索、地球觀測、氣候研究、運輸、海洋研究
北極是地球上探索最少的地區之一，然而全球暖化的影響在這裡比其他任何地區都更為顯著。多年來，海冰覆蓋面積不斷減少，現有冰層也正在變薄。德國航空航天中心（DLR）開發了一種新的演算法，該演算法結合了歐洲哨兵1號（European Sentinel-1）任務的雷達衛星圖像和美國宇航局ICESat-2衛星的高級剖面測量數據，從而首次實現了對冰層厚度的高分辨率計算。
海冰在地球氣候中扮演著至關重要的角色。白色的積雪表面將陽光反射回太空。較薄的冰層看起來顏色較深，因為它較透明，海水會透過冰層顯現出來。因此，較薄的冰層反射回太空的陽光也更少。氣溫升高了：不僅在北極，在地球上的其他地方都是如此。
德國航空航天中心（DLR）不來梅遙感方法研究所卡爾·科爾圖姆博士說：”某些海冰屬性，例如冰層濃度和冰齡，傳統上都是透過衛星資料推導而來，並已成為數十年來地球氣候系統研究的基礎。然而，此前人們一直無法透過衛星影像全面測量冰層厚度。我們提出的新演算法首次提供了冰層厚度信息，這有望顯著改善船舶在極地水域的航行安全。”
衛星如何測量海冰
衛星上安裝的雷射高度計測量衛星下方某條線上的高度剖面，從而確定所謂的冰層乾舷，即冰層高於海平面的高度。高度計是太空氣候研究的重要儀器，但其測量結果僅限於線性測量。為了獲得更全面的地圖，必須匯總一個月內的所有測量數據，此時地圖解析度將降低到僅25公里。
雷達衛星提供地球表面的二維影像，展現陸地、水體、冰蓋以及冰層內部的各種結構，例如冰脊和融水。這些影像的尺寸和解析度均可調節。通常，一張Sentinel-1衛星拍攝的北極影像覆蓋面積為400公里×400公里。兩張來自該雷達衛星的圖像幾乎可以覆蓋整個德國。影像解析度為40米。
背景資訊：雷射高度計和乾舷
雷射高度計
雷射高度計，也稱為雷射測高儀，是一種用於測定行星表面地形或形狀的儀器。這顆行星可以是地球、火星，甚至是水星。雷射高度計可以由飛機、直升機或衛星操作。
乾舷
乾舷是指漂浮冰山露出水面的部分。此高度以及其他測量數據（例如積雪厚度）用於計算漂浮在海洋上的冰的總厚度。測量乾舷對於確定冰的體積至關重要，並在氣候變遷研究中發揮重要作用。
從冰面到冰層厚度
雷達衛星影像顯示的是地球表面的「回波」。這些衛星在地球上方數百公里處繞著地球運行，發射的雷達訊號會因地下介質的不同而產生不同的反射。衛星隨後測量並分析這些反射回波，並將它們組合成一幅顯示地球表面和冰層的圖像。然而，來自太空的雷達圖像只能描繪冰層的表面特徵，而無法顯示其厚度。
德國航空航天中心（DLR）位於不來梅的遙感技術研究所開發的新演算法正是實現了這一目標：透過將雷達訊號與高度計資料進行比較，該演算法可以為雷達訊號賦予與冰層厚度相關的資訊。演算法產生冰層圖，顯示冰層高於海平面的高度或厚度——即乾舷。當加入積雪和密度資訊後，即可計算出冰層的總厚度。
在最近的一項研究中，研究人員成功地展示了新演算法的功能。產生的冰圖解析度為100米，比先前基於月度高度計測量資料產生的冰圖解析度高出250倍。這使得人們首次能夠在大範圍內可視化冰層內部的細微差異。
小徑上冰層的移動
歐洲哨兵1號任務的雷達衛星在極地附近軌道運行，使其能夠更頻繁地對高緯度地區進行成像——某些北極水域甚至一天可拍攝數次。這至關重要，因為風和洋流不斷改變冰層。短短幾個小時內，鬆散的浮冰就會被擠壓在一起，封閉開闊水域。如果這種壓力持續存在，浮冰就會相互堆疊，甚至垂直上升。由此形成的冰脊厚度可達數公尺。然而，連續的冰蓋也可能發生破碎，並受到相反力量的侵蝕。
基於Sentinel-1衛星影像的新演算法，不僅能以更高的分辨率，還能以更快的速度推斷冰層厚度。由此產生的冰層圖能夠非常詳細地展現北極最古老冰塊不斷變化的地形。這些冰層圖不僅為環境和氣候科學奠定了新的基礎，還有望徹底改變北極航運。穿越更薄冰層的航線將更有效率安全。
新演算法的研究是與丹麥氣象研究所和不來梅大學合作進行的。
目前，德國航空航天中心（DLR）正與 Drift+Noise Polar Services 合作，計劃開展一項研究項目，旨在調查新型冰情圖對船舶航行的適用性。冰層厚度，即使只是海平面以上的部分，對於船長來說也是至關重要的訊息，而此前從未以這種格式提供過。
[照片]
(A) 冰塊與較老的冰脊之間鬆散的關聯
冰層厚度資訊未來也有助於船舶在北極水域航行。
(B) 結合Sentinel-1和ICESat-2資料所建立的高解析度冰情圖
延時影片顯示了風和洋流引起的海冰短期地形變化。
(C) 衛星雷達影像中的海冰
浮冰呈灰色，開闊水域呈黑色。
(D) 衛星雷達影像中的海冰
浮冰呈灰色，開闊水域呈黑色。
(E) 南大洋的海豹
海冰減少也影響了它們的棲息地。