关键词：雪、雪水当量（SWE）、机载测量、卫星测量

随着北半球春季和夏季气温回升，冬季的积雪正在融化，将珍贵的淡水资源释放到了地球的溪流、河流和海洋中，这一年一度的变化为全世界超过10亿人提供了用于饮用、农业和水力发电的液态水。未来，美国宇航局计划利用卫星任务来测量世界冬季积雪中的含水量，为此需知道哪种仪器和技术的组合可有效地从太空中测量这些信息。

美国宇航局（NASA）的“SnowEx”项目是一项延续多年的任务，使用多种技术来研究雪的属性和特征，项目团队于2020年3月完成了第二次实地考察。“SnowEx”正在研究雪的特性如何随地形和时间的变化而变化，也在研究利用卫星数据建立雪样本所需的工具、数据集和技术。通过今年冬天的工作，“SnowEx”项目已收集了许多宝贵的数据，可用于评估多种利用遥感手段开展雪监测与研究的技术。

雪水当量（SWE）是指融化后的积雪中液态水的体积，是由雪的深度和密度推导出来的。项目科学家表示，深度容易测量，但不同地方的深度往往差别很大，需要在不同地方进行大量测量才能获得良好的数据。密度更具挑战性，因为它会随雪龄和当地条件而变化。深度和密度的变化使得雪水当量（SWE）难以成图。当前的卫星任务可以轻松地测量有多少土地被积雪覆盖。但是，目前在轨的任何卫星都没有包含旨在测量SWE和/或可用于计算SWE和/或积雪特征的仪器。

图1.科罗拉多的格兰德梅萨（Grand Mesa）

在“SnowEx”2020年外业工作期间，世界各地的科学家来到了科罗拉多州格兰德梅萨（Grand Mesa）。它是世界上最大的平顶山，海拔11000英尺，且冬季漫长，积雪很深。它的高平坦表面和多样的土地覆盖（从开阔的草地到茂密的森林）使其非常适合在不同条件下测试仪器。“SnowEx” 2020的地面团队挖掘、取样和回填了150多个雪坑（雪中一路延伸到地面的汽车大小的洞，科学家可测量坑壁，并查看积雪从顶部到底部的特征变化），使用探针测量了近38,000个积雪深度，还测量了雪水含量、温度、反射率和颗粒大小并使用手持仪器测量了雪的硬度、微结构和雪坑周围深度。以上工作获得的测量数据用于与机载和星载观测数据进行比较。研究小组还驾驶雪地车，以精确的螺旋线和更连续的采样方式收集积雪层、深度和水含量的主动和被动雷达测量值。

地面小组在雪中工作时，空中小组在高空飞行作业，携带了各种各样的测量仪器：雷达和激光雷达（用于雪深的光检测和测距）、微波雷达和SWE辐射计等仪器、用于拍摄雪表面的光学相机以及用于测量表面温度的红外辐射计，和用于记录积雪成分的高光谱成像仪。此外，还携带了美国宇航局的雪水当量（SWE）合成孔径雷达和辐射计（SWESARR），以及来自美国宇航局的喷气推进实验室的“无人飞行器合成孔径雷达”（UAVSAR）。研究小组还利用了包括ICESat-2和美国航天局/欧空局哨兵系列等数据进行比较。空中作业结束后，研究团队运行了一系列计算机模型，以便与收集的数据进行比较，并查看如何比较及组合这些数据能更好地用于将来的分析。

“SnowEx” 2020外业考察成功地在同一地点飞行了如此多的仪器，并结合了广泛的实地观测。科学家们面临的挑战之一是需要长时间的研究才能更好地开发一种结合多颗卫星数据、现场数据和建模的全球范围的雪水当量（SWE）产品。尽管该项目行动由于新冠病毒疫情而提前结束，但各种采样点为他们提供了足够的数据来进行验证和分析。在每次飞行作业期间，每个地点的团队都进行了测量并将数据输入了美国国家冰雪数据中心专为“SnowEx”项目设计的系统，科学家们通过视频会议进行定期的登记与交流。

研究小组下一步任务是要处理和免费分发他们在格兰德梅萨（Grand Mesa）以及卫星长时间序列中收集的数百万个数据点，并于今年晚些时候开始分析和形成结果。这个庞大的数据集将结合地面观测、模型和卫星测量结果来帮助设计未来的星载方法，在全球范围内绘制SWE地图。

原文来源：

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-snow-campaign-wraps-2020-survey/

翻译与综合：吕姗姗

核校与编辑：董丽娜