ICESat-2顯示了冰原、海冰和森林的輪廓

ICESat-2顯示了冰原、海冰和森林的輪廓

NASA的「冰、雲和陸地高程衛星2號」(Ice – Cloud and land Elevation Satellite-2，簡稱ICESat-2)執行任務還不到三個月，已經超出了科學家們的預期。這顆衛星正在測量不到一英寸的海冰高度，追蹤以前未繪制地圖的南極山谷的地形，勘測遙遠的冰原，並透過森林的樹冠和淺淺的沿海水域窺視。隨著ICESat-2衛星的每一次發射，該任務都在向追蹤地球上快速變化的冰的數據集添加數據。研究人員準備利用這些信息來研究冰蓋和冰川融化導致的海平面上升，並改善海冰和氣候預測。

位於馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達德太空飛行中心的ICESat-2項目科學家湯姆·諾伊曼(Tom Neumann)說:「ICESat-2將成為研究和發現的神奇工具，無論是在冰凍圈科學還是其他學科。」周二，諾伊曼和ICESat-2科學團隊的其他人在華盛頓舉行的美國地球物理聯盟(American Geophysical Union)年度會議上分享了這顆衛星的首次觀測結果

在南極橫貫山脈的地形圖中，有一些地方是其他衛星無法看到的。有些儀器不繞行那麼遠的南方，有些儀器只能探測到較大的特徵或最高點，因此無法探測到較小的峰和谷。通過早期的ICESat-2，科學家們開始填補這些細節。「這是一個壯觀的地形，」華盛頓大學西雅圖分校(University of Washington, Seattle)冰川學家、ICESat-2科學小組成員本傑明·史密斯(Benjamin Smith)說。「我們能夠測量整個山脈的坡度，坡度大於45度，甚至可能更陡。」

當ICESat-2在南極冰蓋上空運行時，光子從表面反射回來，顯示出高的冰架、65英尺(20米)深的冰縫以及冰架尖銳的邊緣墜入海洋。史密斯說，這些首次測量可以幫助填補南極地圖的空白，但「冰sat -2」任務的關鍵科學還沒有到來。隨著研究人員對儀器所指向的位置進行改進，他們可以開始測量冰蓋和冰川的上升或下降。史密斯說:「很快，我們就可以將測量結果與以前的地表高度測量結果進行比較。」「在衛星升空一年之後，我們將開始能夠看到冰蓋隨著季節的變化而變化。」

當海冰最初在極地海洋上形成時，在雪落在上面、風把它吹碎成其他浮冰之前，它是薄的、平的、光滑的。位於加州帕薩迪納的NASA噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的海冰科學家羅恩?郭(Ron Kwok)說，這是測試「冰沙2號」數據有多精確的好地方，因為很長的一段距離應該差不多都是同樣的高度。到目前為止?「數據非常驚人，」郭說。「新鮮的冰完全變平了，只有幾公分。」

在南極和北極海冰上收集的ICESat-2數據的頭幾個月揭示了薄冰、厚冰和冰脊等特徵。在浮冰之間的裂縫中，由於冰和水的反射率不同，被稱為鉛的開放水域在數據中很突出。通過比較導線中水面的高度和冰的高度，科學家們正在估算冰的幹舷和厚度。隨著ICESat-2的高精度，加上衛星的六束同時獲取數據，研究人員將對海冰厚度有一個前所未有的了解，這將有助於改進氣候建模和預測。

此外，識別新形成的薄冰的能力將幫助研究人員追蹤遙遠極地地區的季節變化，並了解驅動這些變化的過程。冰層厚度數據還將幫助科學家改進海冰如何應對北極變暖的計算機模型，以及海冰覆蓋預測。郭炳湘說:「在冰川融化和凍結的過程中，我們將有更高的分辨率來分辨哪些地方是冰，哪些地方是水。在邊緣冰區，致密的冰層與海洋交匯的地方。」「這將是一門需要思考的新科學。」」

ICESat-2總是處於開啟狀態，不僅在兩極，而且在熱帶和溫帶地區進行測量，它所能看到的已經讓研究人員感到驚訝。「多虧了它的探測技術，我們都對ICESat-2的驚人細節感到吃驚，」德克薩斯大學(University of Texas)研究科學家、ICESat-2科學團隊負責人洛里·馬格魯德(Lori Magruder)說。「在每一個表面上，都有一些驚人的特徵，是我們在第一次冰敷時不習慣看到的。」例如，從海洋返回的光子可以追蹤單個波。在晴朗的沿海地區，測深是可見的，有時深達80英尺(25米)，這有助於包括風暴潮建模在內的研究，馬格魯德說。

當ICESat-2在森林上空運行時，它不僅可以區分樹頂，還可以區分內部的樹冠和森林底部。盡管研究小組不確定在濃密的樹冠下(如熱帶雨林中發現的樹冠下)地形會有多清晰，但結果比預期還要好。通過在全球範圍內測量樹木高度，ICESat-2任務將能夠改進對森林中碳儲量的可能。

在ICESat-2科學團隊分析首批數據時，美國國家航空太空局(NASA)「冰橋行動」(Operation IceBridge)的同事們正在南極洲上空的飛機上收集數據——飛機的飛行軌跡與衛星的軌道相同。在大片起伏的冰平原上，在從冰蓋中探出的陡峭山峰上，在冰川上行進的裂縫線上，空中行動用機載地形測繪儀的雷射高度表測量地表高度，用雷達測量冰雪厚度，用重力儀測量亞冰架的水深。十年來，「冰橋」一直在對該地區進行勘測，但今年秋天，他們也在收集數據，以幫助檢查「冰橋2號」的準確性。

在三次獨立的飛行中，冰橋沿著88度南緯線對平坦的高原進行了勘測，所有的冰sat -2軌道都在此交匯。其他一些航班則沿著衛星的路徑，在冰川、冰流和山脈之間飛行，有時剛好在衛星從上空飛過的時候。為了測量海冰，冰橋小組在500英尺的高空短暫飛行，測量風速，計算自ICESat-2測量海冰以來，冰層移動了多遠，然後調整飛行路線，測量同一塊冰層。NASA戈達德的冰橋項目科學家約瑟夫·麥格雷戈(Joseph MacGregor)說:「幾乎每架飛機上都有冰沙-2軌道。」「我們飛過變化迅速的出口冰川，變化較慢的內部，以及對冰蝕2號感興趣的罕見表面。「‘冰橋’的主要目標是縮小‘冰沙’和‘冰沙-2’之間的差距，因此，知道我們正在完成這一過程是非常有益的。」

第一顆ICESat衛星運行於2003年至2009年，也就是「冰橋」項目啟動的時候。ICESat-2於9月15日在加州范登堡空軍基地發射。它的雷射儀器ATLAS(高級地形雷射測高儀系統)向地球發送光脈沖。然後乘以，在十億分之一秒內，單個光子返回衛星需要多長時間。諾伊曼說，自9月30日首次啟動以來，ATLAS已經發射了500多億次雷射，來自該儀器的所有數據顯示，它正在正常工作。