近日，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院（空天院）國家遙感應用工程技術(shù)研究中心在雪水當量遙感反演方面取得研究進(jìn)展，創(chuàng )新研發(fā)適用于全球尺度新的雪水當量模型范式和遙感反演策略。

積雪是響應天氣和氣候變化最敏感的自然要素。歐亞大陸和北美洲地區在冬季至少有80%的范圍被積雪覆蓋，全球淡水供應約19%來(lái)源于積雪融水。雪水當量是指當積雪完全融化后形成液態(tài)水的垂直深度，是表征積雪存水多寡的重要參量。其可作為水文模型的初始輸入參數,也可用于氣候模式的驗證；積雪融水是眾多河流的主要補給和地下水的重要補充，雪水當量的監測對于洪水控制、融雪徑流預報及水資源管理戰略制定具有重要作用。獲取雪水當量動(dòng)態(tài)分布是理解全球氣候變化、地表能量平衡、區域水循環(huán)的必要前提，是國家提高水資源管理、應對全球氣候變化和提升災害預防能力的重大需求。

然而，目前在全球尺度對雪水當量認知和估算不足，導致水文模型及氣候模式的估算和預測具有很大的不確定性，是全球氣候變化領(lǐng)域一大科學(xué)難題。

研究團隊為解決微波遙感反演雪水當量的局限性，提高雪水當量基礎數據集服務(wù)區域尺度水文應用的能力，研發(fā)了全球尺度高精度雪水當量遙感反演策略，解鎖新的雪水當量模型范式：

其一，目前積雪遙感模型沒(méi)有考慮山區地形起伏的變化，未來(lái)的研究需要重點(diǎn)考慮山區地形的影響，發(fā)展山區積雪輻射傳輸模型，提高山區雪水當量反演的精度。

其二，隨著(zhù)雪季內時(shí)間的推移，雪層內部的微結構信息（積雪密度、積雪粒徑等）會(huì )發(fā)生顯著(zhù)變化，未來(lái)研究應該發(fā)展高精度的積雪演化模型來(lái)精確模擬積雪微結構信息，減少由于積雪變質(zhì)過(guò)程引起的精度降低問(wèn)題。

其三，森林的遮蔽效應會(huì )嚴重影響積雪的上行輻射，如何區分森林自身上行輻射及森林體散射對積雪上行輻射的衰減效應，已成為微波森林校正模型開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵問(wèn)題。未來(lái)研究應當針對森林影響的關(guān)鍵參數-微波森林透過(guò)率，發(fā)展適用于全球尺度的高精度森林透過(guò)率模型。

其四，由于衛星軌道覆蓋的限制，衛星遙感反演雪水當量存在條帶缺失的問(wèn)題，使雪水當量應用嚴重受限。在不犧牲時(shí)間分辨率的前提下重建條帶缺失信息是一項重大挑戰。

其五，被動(dòng)微波較粗的空間分辨率限制了雪水當量區域尺度的應用，未來(lái)研究應建立高密度的地面觀(guān)測網(wǎng)絡(luò )，并結合多源輔助數據及機器/深度學(xué)習方法，構建高精度的降尺度模型。

被動(dòng)微波遙感監測雪水當量：積雪參與水循環(huán)過(guò)程(A)、全球分布示例(B)及當前的挑戰(C)

這些研究趨勢分析，為雪水當量的準確估算提供新的思路和方法，為水資源管理、氣象預測等應用領(lǐng)域提供更可靠的數據支持。同時(shí)，也促進(jìn)雪水當量在全球氣候變化研究中的地位進(jìn)一步提升，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)進(jìn)步。

該研究成果“Measuring global snow water equivalent from passive microwave remote sensing: opportunities and challenges”已在《The Innovation Geoscience》刊登。文章第一作者為國家遙感應用工程技術(shù)研究中心博士后/特別研究助理高碩，通訊作者為數字地球重點(diǎn)實(shí)驗室研究員李震。

論文鏈接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2024.100062