Методы восстановления толщины морского льда в Арктике по данным лазерного альтиметра спутника ICESat

Спутниковая альтиметрия является основным способом, позволяющим восстанавливать толщину морского льда на территории всего бассейна Арктики. По данным альтиметрии толщина морского льда определяется на основе измерения превышения льда над поверхностью воды и предположения о гидростатическом равновесии льда в океане. Данный подход требует высокую точность альтиметрических измерений при восстановлении превышения, а также информацию о глубине снега на поверхности льда и плотности морского льда для расчета его толщины на основании превышения. Превышение определяется исходя из разницы измеренной спутниковым альтиметром высоты поверхности морского льда и локальной высоты водной поверхности в разломах льда. В настоящее время для оценки превышения морского льда по данным измерений лазерного альтиметра со спутника ICESat применяются два метода, так называемые метод опорных точек и метод наименьших высот (Kwok et al., 2007; Zwally et al., 2008). Эти методы послужили основой для создания продуктов толщины морского льда в Арктики, соответственно, Лабораторией реактивного движения (JPL) и Центром космических полетов имени Годдарда (GSFC) NASA. В данной работе эти методы были воспроизведены для периода альтиметрических измерений ICESat с 2003 по 2009 гг., и проанализирован вклад разницы между превышениями в имеющуюся разницу толщины морского льда в продуктах JPL и GSFC (Khvorostovsky and Rampal, 2016). Показано, что разница в превышении зависит от способа определения высоты водной поверхности, от используемого масштаба осреднения вдоль траектории спутника, а также от поправок, учитывающих в продукте JPL ширину разломов и глубину снега в замерзших разломах. Вместе с тем было выявлено, что совместное действие этих факторов в среднем компенсируют друг друга. Также показано, что усовершенствование метода опорных точек, предложенное в данной работе, приводит к лучшему соответствию результатов полученных с использованием двух методов для районов тонкого льда. На основе усовершенствованного метода опорных точек при восстановлении превышения, а также с использованием наиболее обоснованных оценок параметров снега и льда, была рассчитана толщина морского льда и проведено ее сравнение с имеющимися продуктами. Различия в оценках как превышения морского льда, так и глубины снега и плотности льда вносят заметный вклад в разницу между оценками толщины льда полученной в данной работе и представленных в продуктах JPL и GSFC. Хотя наблюдения со спутника ICESat больше не проводятся, результаты данного исследования могут быть использованы в будущем при анализе измерений лазерного альтиметра со спутника ICESat-2, планируемого к запуску в 2018 г.

Kwok, R., Cunningham, G. F., Zwally, H. J., and Yi, D.: Ice, Cloud, and land Elevation Satellite (ICESat) over Arctic sea ice: Retrieval of freeboard, J. Geophys. Res., 112, C12013, doi:10.1029/2006JC003978, 2007.

Zwally, H. J., Yi, D., Kwok, R., and Zhao, Y.: ICESat measurements of sea ice freeboard and estimates of sea ice thickness in the Weddell Sea, J. Geophys. Res., 113, C02S15, doi:10.1029/2007JC004284, 2008.

Khvorostovsky, K. and Rampal, P.: On retrieving sea ice freeboard from ICESat laser altimeter, The Cryosphere, 10, 2329-2346, https://doi.org/10.5194/tc-10-2329-2016, 2016.