氣候變化最重要的連續記錄之一——近四十年來北極和南極海冰的衛星測量資料——可能很快中斷。
世界各地的科學家都依賴於美國國家冰雪資料中心（NSIDC）在科羅拉多州博爾德市彙編的海冰記錄。但是，透過微波感測器測量冰層範圍來收集資料的美國軍用衛星正接近其壽命的終點。其中三顆仍在工作，但已老化，而它們的預期繼任者在2016年開始出現故障，並在本月徹底報廢。下一個可能的替代品至少要到2020年代初才能發射。
這意味著最完整且最具科學意義的海冰記錄面臨中斷的風險。衛星覆蓋範圍的任何中斷都不僅僅是一個短期問題：它會損害未來的研究，因為科學家將無法準確比較中斷前後的觀測結果。
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“海冰是煤礦裡的金絲雀，而這隻金絲雀即將從棲木上掉下來，”NSIDC的衛星遙感專家大衛·加拉赫說。
中心分析師已開始測試納入來自一顆日本衛星的海冰資料，但該航天器——設計壽命為五年——現在已經五年了。專家們希望避免即將到來的資料空白，他們將在12月於路易斯安那州新奧爾良舉行的美國地球物理聯合會會議上聚集一堂，討論其他選擇，包括潛在地使用來自一顆中國衛星的資料。
天空之眼
除了追蹤北極變化外，海冰記錄對於氣候建模者也很重要。瞭解海冰在特定時間在特定地點形成，可以提供該地點的空氣和海洋溫度，從而使研究人員能夠測試大氣和海洋的模擬。
評估海冰覆蓋率的資料來自攜帶被動微波感測器的極地軌道衛星，這些感測器可以穿透雲層。感測器檢測下方表面的亮度，並將這些測量值轉換為存在的冰和水的量。
美國國家航空航天局（NASA）於1972年開始使用其Nimbus-5衛星上的儀器對海冰進行被動微波測量。該感測器在四年後發生故障，中斷了對諸如1970年代中期連續冬季在南極海冰中出現的俄勒岡州大小的空洞等現象的觀測。當NASA在1978年重新開始其被動微波測量時，該空洞已經消失了。
神秘的是，上個月在同一區域出現了一大片開放水域——是四十年來發現的最大的一片。加拉赫說，科學家無法準確地將2017年的這片水域與1970年代看到的水域進行比較，因為衛星記錄的中斷使得難以校準Nimbus-5的觀測結果與後來的觀測結果。
“這就是為什麼從一顆海冰衛星到下一顆衛星的‘重疊’如此關鍵，”他說。
NSIDC分析師一直使用NASA海冰資料，直到1987年，當時他們轉而使用國防氣象衛星計劃（DMSP）收集的資訊。NSIDC海冰專家沃爾特·邁爾說，軍方使用微波資訊來檢測海洋風速，以便輸入天氣模型，以及其他用途，但這些資料恰好幾乎完美地適用於感知海冰。中心自那時以來一直在使用DMSP資料。
今天，中心使用來自三顆DMSP衛星的資料，這些衛星已經運行了超過8年、11年和14年——設計壽命為五年。一顆名為F-19的新衛星於2014年發射，但在2016年遇到了感測器問題。在本月失控翻滾後，它變得無法操作。該系列中的最後一顆探測器，未發射的F-20，在國會停止為該計劃提供資金後於去年被拆除。
“每個人都一直說我們有F-20，但後來很明顯20不會升空，”加拉赫說。“科學界有點措手不及。”
岌岌可危的時期
美國軍方正在開發另一套天氣衛星來取代DMSP系列，但攜帶微波感測器的衛星要到2022年才能發射。這意味著，當目前三顆老化的衛星報廢時，美國將失去可靠的長期海冰資料來源。“每一天，風險都越來越大，”邁爾說。“如果其中一顆衛星出現故障，那將變得令人焦慮，如果其中兩顆衛星出現故障，那就更是如此。”
目前，中心正在透過將來自日本AMSR2微波感測器的資料納入其海冰記錄來為這些情況做準備。另一個在政治上更為棘手的選擇是從中國氣象局的風雲衛星系列中提取資料。他們的資料已經被納入歐洲天氣預報模型中，並且它們攜帶的被動微波感測器適用於研究海冰。自2011年以來，美國國會禁止NASA科學家與中國科學家合作——但不一定禁止使用中國資料。
最後一個可能性是找到一種方法來發射美國海軍研究實驗室從拆除的DMSP衛星中搶救出的被動微波感測器。該感測器目前位於加利福尼亞州埃爾塞貢多的航空航天公司，研究人員正在努力尋找將其送入軌道的方法。“這是一個精美的儀器，”航空航天公司的首席科學家兼工程師唐納德·布歇說。“它必須升空。”
但軍方最終可能會選擇在諸如國際空間站之類的東西上發射該感測器，國際空間站運行於地球的中低緯度地區。這將滿足美軍的天氣預報需求，但不會提供研究海冰所需的極地軌道。其他計劃中的軍事或商業衛星可能能夠提供一些關於海冰覆蓋的資訊，但達不到研究人員期望的細節和連續性水平。
“擁有如此豐富和連續的記錄，卻找不到真正好的方法來延續它，這有點令人恐懼，”NSIDC的遙感專家莫莉·哈德曼說。“這令人沮喪。”
本文經許可轉載，並於首次發表於2017年10月27日。