新的美印卫星将监测地球不断变化的冰冻圈

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这幅卫星图像显示了2022年1月9日的南极洲东部部分地区，那时，格伦泽冰川（Glenzer Glacier）和康格冰川（Conger Glacier）的冰架还没有崩解。NISAR将对地球上几乎所有的陆地和冰面进行每12天两次的观测，监测地球的冰冻区域，即冰冻圈。

图片来源：美国地质调查局（USGS）

在气候变化让空气和海洋持续变暖的趋势下，NISAR将详细观测地球冰盖（ice sheet）、冰川和海冰的变化。

NISAR是美国航空航天局（NASA）和印度空间研究组织（Indian Space Research Organisation，ISRO）即将发射的一枚雷达卫星，它将观测一些关键的地球生命体征，从湿地的健康状况到火山造成的地面变形，再到陆地和海冰的动态。

小规模的进程正在导致覆盖南极洲和格陵兰岛的冰盖以及世界各地的山地冰川和海冰发生巨大的变化，NISAR对海冰的观测能力将帮助研究人员解析其中的机制。


到了2022年3月23日，大部分的格伦泽冰川和康格冰川已经崩塌，产生了大量冰山，如这幅卫星图像所示。NISAR将记录全球范围内的此类变化，该任务对南极洲的地理覆盖范围将是迄今为止雷达卫星任务中最为广泛的。
图片来源：美国地质调查局

NISAR是美国航空航天局-印度空间研究组织合成孔径雷达（NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar）的缩写，它将提供迄今为止最全面的地球冰雪覆盖环境中冰冻表面运动和变形的图像，这些环境统称为冰冻圈（cryosphere）。

NASA位于美国南加州的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory）冰川学家亚历克斯·加德纳（Alex Gardner）说：“我们的星球将它的‘恒温器’调到了很高的位置，导致地球上的冰在加速运动并加速融化。我们须要更好地理解这些过程，而NISAR将提供进行这一工作所需的测量数据。”

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NASA和印度空间研究组织联手打造了NISAR，这是一项新的卫星任务，将细致入微地追踪不断变化的地球。上面的视频将带你了解NISAR如何使用雷达来加深我们对于森林砍伐、冰川缩减、自然灾害以及其他的地球生命体征的理解。视频来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工字幕制作：哇喳

NISAR计划于2024年由印度空间研究组织从印度南部发射，将对地球几乎所有的陆地和冰面进行观测，每12天两次。这枚卫星对地球冰冻圈的独特洞察力来自于两种雷达的结合使用：一种是波长为25厘米的L波段（根据IEEE 521-2002标准，L波段是指频率在1~2吉赫的无线电波波段）系统，另一种是波长为10厘米的S波段（指频率在2~4吉赫的无线电波波段）系统。

L波段能够穿透雪层，帮助科学家更好地追踪其下冰层的运动，而S波段对雪的湿度更为敏锐，雪的湿度则代表了融化情况。两种信号都能穿透云层和黑暗，使得NISAR在长达数月的极地冬夜期间也能进行观测。

冰盖的“延时电影”

NISAR在运行轨道上的定位使其能够从靠近南极点的南极洲远内陆收集数据，这与其他更广泛覆盖北极的大型成像雷达卫星不同。

南极洲的冰盖拥有地球上最大的冰冻淡水库，这片冰盖失去冰的速度代表了海平面上升预测的最大不确定性。对于研究从南极洲中部高海拔地区流向海洋的冰的运动，NISAR扩大的覆盖范围至关重要。

这些测量还将使科学家能够进一步研究冰与海洋交汇处发生了什么。 例如，当冰盖的某些部分位于低于海平面的地面上时，含有盐分的海水会渗入到冰下，让融化情况变多，增加不稳定性。南极洲和格陵兰岛都存在冰架（ice shelf），即从陆地上的冰河或冰原流入海中并漂浮在海上的大片水冰，随着冰山的断裂，冰架正在变薄、崩解。冰架有助于防止陆地上的冰川滑入海洋，如果冰架不断减少，冰川就会加速流动和崩解。

在这幅艺术概念图中，NISAR将使用两套雷达系统来监测几乎所有地球陆地和冰面的变化。这枚卫星标志着美国和印度航天机构在地球观测任务硬件开发上的首次合作。图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工

自20世纪90年代以来，南极洲和格陵兰岛的冰川损失就已经在不断加速，目前还不确定它们将以多快的速度继续退缩。NISAR将在水平和垂直的双重视角上提升我们对这些变化的观测。

“NISAR将为我们提供一连串的时间延迟影像，让我们能够理解冰层运动是如何以及为什么发生变化的，并更好地预测它将来的变化情况。”美国华盛顿大学（University of Washington）的冰川学家伊恩·乔金（Ian Joughin）说道，他同时也是NISAR冰冻圈项目的负责人。

山地冰川、供水和洪水

NISAR卫星还将追踪地球山地冰川的变化。自20世纪60年代以来，海平面上升的三分之一左右是由它们的融化造成的，而气候驱动的冻结和融化模式的变化可能影响下游人口的水源供给。

在喜马拉雅山区，NISAR的全天候能力将帮助研究人员监测冰川湖中储存的水量，这对于评估灾难性洪水的风险至关重要。

印度空间研究组织太空应用中心（Space Applications Centre）的冰川学家苏希尔·库马尔·辛格（Sushil Kumar Singh）表示：“喜马拉雅山的云层美轮美奂，但同时也是观测的一大难点。有了NISAR，我们将能够获得更连续、更完整的数据集，这是使用可见光仪器无法实现的。”

两极附近的海冰动力学

NISAR还将拍摄南北两极海冰的运动和范围。海冰隔离了海洋与空气，减少了通向大气的水分蒸发和热量损失。它还能反射阳光，通过反照率效应（albedo effect）使地球保持凉爽。

数十年来，随着水温和气温的上升，北极海冰一直在减少。北冰洋暴露在阳光下的表面变得更多了，在夏季吸收和存蓄的热量也更多了，需要更长的时间才能冷却。喷气推进实验室的海冰科学家本·霍尔特（Ben Holt）说，这意味着冰层在冬季的形成更少，在下一个夏天融化的速度更快。

NISAR对南极周围南大洋的覆盖范围将比迄今为止的所有雷达任务都要广泛，它将带来关于南极的新洞察。直到过去几年，南极洲的海冰基本上都比较稳定，但在2023年，它达到了历史新低值。

NISAR任务的更多相关信息

NISAR是NASA和印度空间研究组织之间的平等合作项目，这是两个机构首次在地球观测任务的硬件开发上进行合作。美国加州理工学院（Caltech）管理的NASA喷气推进实验室领导了该项目的美国部分，并提供了任务的L波段合成孔径雷达。NASA还提供了雷达反射天线、可展开的吊杆、用于科学数据的高速通信子系统、GPS接收器、固态记录器和有效载荷数据子系统。位于印度班加罗尔的U R Rao卫星中心（U R Rao Satellite Centre，URSC）领导了印度空间研究组织任务的部分，提供了航天器总线、运载火箭以及相关的发射服务和卫星任务操作。位于印度艾哈迈达巴德的印度空间研究组织太空应用中心提供了S波段合成孔径雷达的电子设备。

参考来源：

https://nisar.jpl.nasa.gov/news/57/this-us-indian-satellite-will-monitor-earths-changing-frozen-regions/