同济大学：李荣兴等-南极冰盖物质平衡变化的卫星遥感监测现状与发展趋势
南极冰盖物质平衡对全球海平面变化影响巨大，提高南极冰盖物质平衡估算精度对实现全球海平面变化趋势准确预测至关重要。
卫星遥感技术的发展，特别是极地卫星对南极冰盖系统监测能力的提升，有助于认识、保护和利用南极，解决极地科学国际前沿难题。揭示南极冰盖对全球气候环境的响应及其反馈机制，对深化人类对南极的科学认知也具有重要意义。
本文首先系统总结了用于南极冰盖监测卫星的发展现状及现有的卫星遥感数据产品序列，然后讨论了运用遥感卫星监测南极物质平衡的主要方法和研究进展，并对南极卫星遥感技术的最新进展进行了分析。最后在我国极地遥感卫星发展方面提出了建议，旨在进一步提升我国对极地冰盖变化和全球海平面上升的长期观测及预测能力，为相关应对策略的制定提供有力的科学支撑。
文中主要图件
结论与展望
迄今为止，全球遥感卫星对南极冰盖监测已有60多年的历史，世界各国发射了可应用于南极冰盖监测的光学、雷达、测高、重力和微波等一系列卫星。与此同时，相应卫星数据处理和反演理论方法也在不断发展完善，基于此获得的成果为各国政府和国际组织制定应对气候变化的战略、撰写专业报告提供了重要的科学支撑。本文系统总结了国内外目前在轨运行及已退役的南极冰盖监测卫星，介绍了我国用于南极冰盖监测的自主卫星，并汇总了基于卫星观测数据的多种南极冰盖遥感产品，对南极物质平衡监测的方法和进展进行了较为全面的总结，展示了多项国内外研究团队的物质平衡估算结果。此外，本文还讨论了用于南极冰盖监测的卫星遥感 技术的最新发展趋势。
我国在南极冰盖变化监测领域的优势之一是具备较为完善的南极船载、机载和地面观测能力。中国南极科考事业经过30多年的发展，已在站点分布、内陆考察线路、航空观测能力、周边海洋观测设备等方面具备了较为完备的科学观测和后勤保障能力。我国正成长为国际上重要的南极科考有生力量，能够在解决国内外卫星多源数据同化、卫星-地面偏差改正、物质平衡误差消减、海平面上升预测等重大科学问题上提供重要支撑。在南极卫星监测方面，尽管我国的建设起步较晚，目前已发射的用于极地监测的专业卫星较少，但我国的优势是遥感卫星种类较为齐全，包含高分光学、干涉雷达、激光测高和定位导航等一系列卫星，其中一些卫星已用于南极相关科学研究并取得了一些初步研究成果，如ZY-3卫星影像已成功应用于南极大型冰架Ronne-Filchner冰裂隙变化速度及其崩解可能性的预测和南极大型风吹雪事件的观测等。北斗卫星也成功与其他卫星结合，应 用于新型光子测高卫星在南极的地面精度验证。
不过非极地专业卫星在极地研究中的应用存在很大局限性，主要体现在:(1)卫星轨道倾角不够大（应接近±90°），围绕南极点形成一个数据覆盖不到的圆形空缺区域，特别是对南极高纬度冰架和内陆冰盖区域不能完全覆盖；(2)搭载的传感器并不是极地专用传感器（如ICES at-2高精度激光测高的强弱波束对），很难对冰雪特征进行差异性观测；设置的标定参数一般也参照陆地类型（森林、农田、城市建筑物等）获得，在南极冰面返回的信号过强，会产生光学过曝等数据质量问题；(3)由于极地周围缺乏地面接收站，所采集的极地数据只能长时间在轨存储，有时需要绕地球半圈或以上才能接收到数据，严重影响在南极的数据采集和传输效率；(4)在轨及初级数据的处理方法和模型并非专属极地领域，容易产生信息丢失、参考系统与应用不一致以及与国际极地专业卫星数据融合困难等问题；(5)目前的卫星观测系统对于冰雪表面以下的变化（冰下密度、温度和结构、底部裂隙、接地线、冰下湖网等）及其引起的不稳定性和突变机制 缺乏有效监测手段,有待发展高精度Ｐ波段主被动微波卫星技术，从而改变 这一现状.
最后，针对我国极地观测卫星技术的未来发展，提出如下四个方面的建议：
(1)发展极地监测专业卫星，解决缺乏关键参数观测、卫星轨道倾角不够大、数据覆盖不全面的问题，同时研发极地专业卫星的数据处理方法和模型，提高初级数据产品精度，以及广泛应用的可靠性。(2)发展卫星传感器技术，重点考虑厘米级精度测高传感器技术（全波形激光、光子计数激光）、高精度时变重力场传感器技术及用于探测冰下结构的P波段主被动微波传感器技术。(3)协调跨行业、跨学科现有卫星，形成极地观测星座，采集极地多卫星、大面积、多参数、长时间观测数据集，用于解算极地冰层前沿科学问题的关键参数，探索关键过程机理，形成极地专业卫星与大量非专业卫星相结合的优势。(4)规划设计可用于极地冰层监测的微小卫星，实现多颗极地观测微小卫星组网，对关键过程和突发事件进行强化观测。
文献来源
李荣兴, 夏梦莲, 谢欢, 郝彤, 乔刚, 刘世杰, 冯甜甜, 田一翔, 安璐, 童小华, 赵爱国, 李洪伟, 王晓峰, 骆舒蕾, 常甜, 崔浩田, 李国君. 2023. 南极冰盖物质平衡变化的卫星遥感监测现状与发展趋势. 地球物理学报, 66(8): 3115-3143.
LI RongXing, XIA MengLian, XIE Huan, HAO Tong, QIAO Gang, LIU ShiJie, FENG TianTian, TIAN YiXiang, AN Lu, TONG XiaoHua, ZHAO AiGuo, LI HongWei, WANG XiaoFeng, LUO ShuLei, CHANG Tian, CUI HaoTian, LI GuoJun. 2023. Advances in satellite remote sensing monitoring of Antarctic Ice Sheet mass changes. Chinese Journal of Geophysics (in Chinese), 66(8): 3115-3143.
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