科研动态 | “冰上丝绸之路”护航“安保”再升级 —— 国产GNSS-R星座实现北极海冰厚度逐日监测

近日，中山大学联合航天天目（重庆）卫星科技有限公司、国家卫星气象中心，依托我国自主构建的天目一号GNSS-R卫星星座（在轨22颗），在北极海冰监测领域取得重大突破，首次实现了对北极海冰厚度的逐日、高精度监测，能为极地航道冰情保障提供关键数据支撑。

在全球变暖背景下，北极海冰正以前所未有的速度变薄、消退，多年冰逐渐被一年冰替代，对全球气候与洋流系统产生了深远影响。与此同时，“冰上丝绸之路”的逐步开通正重塑全球航运格局。

作为海冰的关键参数之一，海冰厚度长期以来缺乏及时、高精度的遥感监测手段。尽管全球导航卫星系统反射测量（GNSS-R）技术为此提供了新的可能，但以往研究多依赖其他卫星数据的辅助，且单颗卫星覆盖范围有限，制约了其应用潜力。

2024年1月，中国天目一号GNSS-R卫星星座完成阶段性部署，目前在轨卫星达22颗，已成为全球规模最大的GNSS-R星座。该星座具备对极地地区进行高频次、大范围同步观测的能力。随着GNSS-R数据在时空覆盖上的显著提升，如何利用其开展北极海冰厚度独立监测成为亟待突破的关键课题。

中大遥感科学与技术学院研究团队通过创新耦合海冰微波反射与热力学模型，研发出针对北极一年冰厚度的新型遥感反演算法。该研究基于天目一号GNSS-R卫星星座，通过海冰耦合微波反射模型与热力学模型，发展了一种不依赖其他卫星数据的北极海冰厚度独立监测方法。上述研究近期发表在我国自然科学领域旗舰期刊《Science Bulletin》。文章第一作者为中山大学遥感科学与技术学院硕士研究生黎源，通讯作者为中山大学程晓教授和郑雷教授。

郑雷教授表示，该方法解决了以往研究仅使用微波反射模型而对海冰盐度和海冰温度卫星数据的依赖，将日尺度海冰厚度产品的有效监测能力从0.5米提升至1米以上，可提供每日25公里及每周6.25公里空间分辨率的北极海冰厚度产品。

程晓教授认为，能够对东北航道等关键北极国际航线进行高精度、近实时的冰情监测，有力保障通航安全，是让“冰上丝绸之路”护航“安保”再升级。随着后续卫星的持续发射，其时空分辨率还将进一步提升，有望为全球气候变化研究与北极航运发展提供更重要的数据支撑。

图片摘要：（a）GNSS-R监测海冰厚度示意图；（b）风云3号E单颗卫星与天目一号卫星星座单日覆盖率示意图；（c）天目一号监测的海冰厚度与 CS2SMOS融合产品（CryoSat-2 和 SMOS）精度对比；（d）天目一号监测的北极冬季平均海冰厚度，图中红线（ab）为北极东北航道；（d）2024年1月5号到30号北极东北航道每日海冰厚度图。