气候变化最重要的连续记录之一——近四十年来北极和南极海冰的卫星测量数据——可能很快中断。
世界各地的科学家都依赖于美国国家冰雪数据中心（NSIDC）在科罗拉多州博尔德市汇编的海冰记录。但是，通过微波传感器测量冰层范围来收集数据的美国军用卫星正接近其寿命的终点。其中三颗仍在工作，但已老化，而它们的预期继任者在2016年开始出现故障，并在本月彻底报废。下一个可能的替代品至少要到2020年代初才能发射。
这意味着最完整且最具科学意义的海冰记录面临中断的风险。卫星覆盖范围的任何中断都不仅仅是一个短期问题：它会损害未来的研究，因为科学家将无法准确比较中断前后的观测结果。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
“海冰是煤矿里的金丝雀，而这只金丝雀即将从栖木上掉下来，”NSIDC的卫星遥感专家大卫·加拉赫说。
中心分析师已开始测试纳入来自一颗日本卫星的海冰数据，但该航天器——设计寿命为五年——现在已经五年了。专家们希望避免即将到来的数据空白，他们将在12月于路易斯安那州新奥尔良举行的美国地球物理联合会会议上聚集一堂，讨论其他选择，包括潜在地使用来自一颗中国卫星的数据。
天空之眼
除了追踪北极变化外，海冰记录对于气候建模者也很重要。了解海冰在特定时间在特定地点形成，可以提供该地点的空气和海洋温度，从而使研究人员能够测试大气和海洋的模拟。
评估海冰覆盖率的数据来自携带被动微波传感器的极地轨道卫星，这些传感器可以穿透云层。传感器检测下方表面的亮度，并将这些测量值转换为存在的冰和水的量。
美国国家航空航天局（NASA）于1972年开始使用其Nimbus-5卫星上的仪器对海冰进行被动微波测量。该传感器在四年后发生故障，中断了对诸如1970年代中期连续冬季在南极海冰中出现的俄勒冈州大小的空洞等现象的观测。当NASA在1978年重新开始其被动微波测量时，该空洞已经消失了。
神秘的是，上个月在同一区域出现了一大片开放水域——是四十年来发现的最大的一片。加拉赫说，科学家无法准确地将2017年的这片水域与1970年代看到的水域进行比较，因为卫星记录的中断使得难以校准Nimbus-5的观测结果与后来的观测结果。
“这就是为什么从一颗海冰卫星到下一颗卫星的‘重叠’如此关键，”他说。
NSIDC分析师一直使用NASA海冰数据，直到1987年，当时他们转而使用国防气象卫星计划（DMSP）收集的信息。NSIDC海冰专家沃尔特·迈尔说，军方使用微波信息来检测海洋风速，以便输入天气模型，以及其他用途，但这些数据恰好几乎完美地适用于感知海冰。中心自那时以来一直在使用DMSP数据。
今天，中心使用来自三颗DMSP卫星的数据，这些卫星已经运行了超过8年、11年和14年——设计寿命为五年。一颗名为F-19的新卫星于2014年发射，但在2016年遇到了传感器问题。在本月失控翻滚后，它变得无法操作。该系列中的最后一颗探测器，未发射的F-20，在国会停止为该计划提供资金后于去年被拆除。
“每个人都一直说我们有F-20，但后来很明显20不会升空，”加拉赫说。“科学界有点措手不及。”
岌岌可危的时期
美国军方正在开发另一套天气卫星来取代DMSP系列，但携带微波传感器的卫星要到2022年才能发射。这意味着，当目前三颗老化的卫星报废时，美国将失去可靠的长期海冰数据来源。“每一天，风险都越来越大，”迈尔说。“如果其中一颗卫星出现故障，那将变得令人焦虑，如果其中两颗卫星出现故障，那就更是如此。”
目前，中心正在通过将来自日本AMSR2微波传感器的数据纳入其海冰记录来为这些情况做准备。另一个在政治上更为棘手的选择是从中国气象局的风云卫星系列中提取数据。他们的数据已经被纳入欧洲天气预报模型中，并且它们携带的被动微波传感器适用于研究海冰。自2011年以来，美国国会禁止NASA科学家与中国科学家合作——但不一定禁止使用中国数据。
最后一个可能性是找到一种方法来发射美国海军研究实验室从拆除的DMSP卫星中抢救出的被动微波传感器。该传感器目前位于加利福尼亚州埃尔塞贡多的航空航天公司，研究人员正在努力寻找将其送入轨道的方法。“这是一个精美的仪器，”航空航天公司的首席科学家兼工程师唐纳德·布歇说。“它必须升空。”
但军方最终可能会选择在诸如国际空间站之类的东西上发射该传感器，国际空间站运行于地球的中低纬度地区。这将满足美军的天气预报需求，但不会提供研究海冰所需的极地轨道。其他计划中的军事或商业卫星可能能够提供一些关于海冰覆盖的信息，但达不到研究人员期望的细节和连续性水平。
“拥有如此丰富和连续的记录，却找不到真正好的方法来延续它，这有点令人恐惧，”NSIDC的遥感专家莫莉·哈德曼说。“这令人沮丧。”
本文经许可转载，并于首次发表于2017年10月27日。