天眼带你看北极海冰与海洋动力丨观天测地
北极，曾经对我们来说是一个遥远而神秘的地区，逐渐引起了越来越多的关注。
一方面，北极海冰的持续减少是全球气候变化最重要、最直观的表现之一。全球变暖导致白冰雪融化，反照率高，北极陆地和海洋吸收更多的太阳辐射，导致近地表温度升高，海冰进一步融化。受这种反馈机制影响，北极变暖速度是全球平均变暖速度的两倍（称为“北极放大”效应）。
另一方面，北极海冰的融化正在改变世界的航运格局。与通过南海、马六甲海峡、苏伊士运河的传统航线相比，北极东北航道航线可将航程减少三分之一。 2021年3月苏伊士运河航线的“世纪街区”凸显了替代航线的重要性。
图1 海与冰（中国极地研究中心北极科考雷瑞波研究员拍摄）
可以说，北极的气候变化、环境、科学研究、航道利用、资源勘探开发、安全、国际治理等问题关系到世界各国和人类的共同生存和发展。我国主张构建人类命运共同体。中国是北极事务的积极参与者、建设者和贡献者，应努力为北极发展贡献中国智慧和力量。
而空间观测在北极探索和认知方面显示出巨大优势。无论是参与北极事务，还是实施“冰上丝绸之路”倡议，都离不开空间观测科学的支持。 卫星遥感以其快速、客观、动态、综合的优势在北极观测中发挥着至关重要的作用。我们对北极海冰持续减少的认识来源于50多年来微波辐射计的海冰密度数据。合成孔径雷达（SAR）是遥感卫星家族中的“皇冠上的明珠”。全天候、全天候、高空间分辨率、宽幅二维成像能力，使其成为陆地、海洋、极地遥感观测的“全能型”。
图2 Sentinel-1 SAR北极边缘海遥感影像显示东北航道楚科奇海域复杂的海冰-海洋动力环境。 （多极化数据的假彩色合成图。图中纹理特征明显的大片区域被海冰覆盖，散布着海冰的深蓝色区域是海水）
中国科学院航天信息创新研究所李晓明研究员团队长期从事SAR海洋动力学研究。近三年来，在北极海冰-海洋动力相互作用研究中，面向国际科学前沿，面向国家对北极航道安全航行的重大需求。在国家海洋环境安全重点研发计划和国家杰出青年科学基金的支持下，课题组突破了SAR北极海冰-海洋动力学关键参数反演一系列关键技术，开发集成应用软件，开发多种数据产品，支持科研，服务北极航道安全航行，形成“算法”-软件-产品-应用完整的科研链。
星载SAR北极海冰和海洋动力学研究进展
研究团队利用深度学习网络结构和集成模型策略，开发了星载SAR海冰覆盖提取算法，并于2019年和2020年共开发并发布了约6万张京烧冰一号SAR高分辨率数据。 （400米）海冰遥感产品。
图3 Sentinel-1 SAR北极边缘区域遥感影像（左）及提取的海冰覆盖结果（右）
研究团队还利用机器学习算法强大的非线性映射能力，在北极边缘建立了SAR波高和海面风速反演模型。形成自动化处理流程，提出北极海域特征质量控制标签，设计SAR遥感数据产品格式，共计47415个SAR北极海域有效波高和海面风场数据场景产品于2017年至2020年开发和发布。.
图4 北极喀拉海Sentinel-1 SAR数据场景反演得到的海面风场（左）和有效波高（右）结果
空间观测支持中国商船北极航道安全航行
自2013年夏季北极东北航道试航成功以来，我国商船已连续八年在东北航道上正常航行。虽然夏季北极东北航道冰况较好，但仍可能存在严重冰况，威胁船舶航行安全。
课题组与航天五院503研究所、中远海运专运、国家气候中心、中山大学等团队共同攻关，建立航天应用服务流程以确保商船在北极东北航道安全航行。 2019年和2020年，连续两年为商船7航次提供262条数据服务。
图5 2019年夏季在东北航道拍摄的照片（朱大云摄）
图6 高分三号星载SAR海冰观测为“天恩轮”东北航道规划提供重要预警信息
文章来源：《海洋技术学报》 网址: http://www.hyjsxb.cn/zonghexinwen/2021/0904/583.html