NASA利用多束雷射雷達高度計測量冰層高程

2020-12-04 OFweek維科網

　　美國國家航空航天局（NASA）的機載試驗多束雷射雷達高度計（MABEL）的最新成果表明，光子計數技術將有助於研究人員追蹤地球冰凍區的融化或生長。2012年4月，一架高空飛機飛過冰封的北冰洋和被積雪覆蓋的格陵蘭島，開始了首個使用最新雷射技術從太空測量地球高程的極地試驗。MABEL是一種機載試驗臺測試儀器，用來模擬2017年NASA計劃發射的冰、雲和陸地高程衛星（ICESat-2）。MABEL和ICESat-2的ATLAS儀器均為光子計數器，能夠發射綠色脈衝雷射，計算單一可見光子到達地表後反射，再返回儀器所需要的時間。這一時間，連同機載GPS對ATLAS的精確定位，一起被輸入電腦程式，獲得地表高程。

　　從2003—2009年，ICESat-1的儀器強調返回的雷射信號強度，包含大量光子。而使用單一光子來測量地表高程卻是一項新的研究，對於軌道衛星來說還屬首次。MABEL獲得的單一光子數據，可以為即將從ICESat-2獲得的大量高程數據做準備。ICESat-2的任務是測量整個地球表面的高程，包括植被和海洋，但重點是觀測冰凍區的變化，在此，科學家已觀測到氣候變化的強烈影響，並且冰的2種形態（冰蓋和海冰）反映了不同形態的可見光子。陸地上已發現的冰蓋和冰川，如格陵蘭島和南極洲，由凍雪和雨水積聚形成的；而海冰是凍結的海水，呈漂浮狀，分布於北冰洋和南極洲近海。

　　利用不同表面的光子計數，科學家們可以開始分析數據，確定最佳的地表高程測量數據分析方法。要想實現多種目標類型，首要任務是獲取大量數據開發算法。如格陵蘭島附近海域的飛行試驗證實了測量無冰水面和海冰間的高度差的可行性，對於確定冰層厚度十分重要。MABEL能探測到足夠多從地表反射並返回儀器的雷射光子，進入程序進行高程計算。目前MABEL的任務之一是證實ICESat-2的儀器將會對測量高稱敏感。只要有足夠的光子，就可以進行光子計數。

NASA's Multiple Altimeter Beam Experimental Lidar flew over Southwest Greenland's glaciers and

sea ice to test a new method of measuring the height of Earth from space.

　　《大氣與海洋技術》（Atmospheric and Oceanic Technology）期刊最新發表的文章介紹了利用MABEL數據在不同類型的冰中計算高程的方法，從無冰水面到薄的玻璃狀冰，再到被雪覆蓋的冰。計算精度較高，平原地區可精確至釐米級，崎嶇地區較粗略。光子探測密度也能顯示儀器正在飛過的冰層類型。監控大陸冰蓋和冰川時，結冰區的表面輪廓也很重要。早期的ICESat-1是單光束儀器，很難測定冰蓋的增長或減薄。當儀器兩次越過同一地點時，無法辨別是否積雪層已經融化，因此需要在同一地點反覆測量10次，確定冰蓋的變化。ICESat-2成功地解決了這一問題，它將雷射分成6束3對，每對間隔90 m，比一個足球場的距離還小。通過將觀測點與其相鄰地區的高程進行對比，科學家們能確定該區的總比降。

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