【任務介紹】下一代冰凍圈遙測任務 CRISTAL

陳麒云

Credit: ESA

極地冰層在氣候變遷中扮演關鍵角色。因為融化的海冰會造成海平面上升，地表從冰變水損失的反射率，也會讓地球吸收的能量進一步增加，由此不斷循環造成更多海冰融化。要準確了解融冰效應在水圈和能量平衡帶來的影響，測量冰層的「體積」是重要的一步。

遙測上測量冰層厚度的一大障礙，是冰層上的積雪。一般來說，科學家是藉由測量海冰浮在海平面上的高度，來反推出海冰的體積。但是如果冰上有積雪，雪的重量會把浮冰壓入水中，減少冰在海面上的比例，造成測量失準。所以想要精確得到海冰的體積，不僅要測量冰的高度，更要測量雪的厚度。

現役衛星的校正方法，是結合 ESA 的 CryoSat 和 NASA 的 ICESat-2 兩顆衛星的資料。因為 CryoSat 的雷達可以穿透雪層，而 ICESat-2 的光達發出的雷射則是會在雪的表面反射，因此將兩者的資料結合，就能知道同時知道冰有多高、雪有多厚。但要結合兩個不同衛星的觀測數據，往往相當有挑戰性。為此，ESA 的目前作法是將 CryoSat 的軌道提高到和 ICESat-2 幾乎相同的高度，使他們能在相近的時間飛掠同一個地區，減少資料處理的麻煩。但更好的做法，當然是可以讓一顆衛星同時做這兩個量測。

這在工程上並不是什麼世紀難題，幾年前就有英國南極調查局的遙測飛機 DASH-7，搭載了分別頻率適合觀測雪層和冰層回波的雷達，成功測量極冰厚度。同樣技術將會在 ESA 新一代的哥白尼系列衛星「冰凍圈遙測任務 CRISTAL（Copernicus Polar Ice and Snow Topography Altimeter）」上使用，其搭載的雷達分別是 Ka 和 Ku-band。

除了上面介紹的雙頻雷達測高計和 92 度軌道傾角等為了極地冰層特化的功能之外，CRISTAL 繼承了多數 ESA 遙測衛星前輩們的設計，例如 Sentinel-6 的微波輻射計（主要用於大氣校正和分辨地形）和衛星平台（bus）。

CRISTAL 任務包含兩顆衛星，第一顆 CRISTAL A 預計在 2027 下半年發射，並在 A 退役後發射 CRISTAL B，兩者接力提供至少 15 年的長期觀測數據。