北极是气候变化的焦点，其变暖速度是地球上任何其他地方的四倍。北冰洋已经发生了巨大的变化。曾经全年覆盖大片海洋的海冰现在变成了季节性海冰，夏季大片区域开始融化并消失。

剩余的冰大部分正在变薄，并且观察到积雪深度正在减少。

欧空局的CryoSat任务是追踪北极冰融化情况的重要资产。经过14年的太空飞行，它创造了现存最长的极地冰厚度记录之一。

现在，得益于《地球物理研究通报》上发表的研究，它可以再添新力——测量光穿透北极海冰的程度。

点亮北冰洋

北极的快速变暖影响着海洋生态系统——不仅仅是北极熊和海象。

“随着冰雪变薄，更多的光线会穿透海冰底部，”曼尼托巴大学和科罗拉多大学的朱利安·斯特罗夫说。“这种变化的光照状况可能会影响整个海洋生态系统，而这一切都始于藻类。”

在冰层的底面上，藻类的生长每年都在扩大。就像开放水域的浮游植物一样，浮游植物生长到可以覆盖从太空中看到的大片海洋，冰封的藻类在广阔的区域内繁衍生息，并支撑着复杂的食物网。

随着藻类大量繁殖，浮游动物从下方以它们为食，而这些藻类又为包括鱼类在内的多种动物提供食物，而鱼类又为海豹提供食物，进而为北极熊提供食物。

我们还有很多东西需要了解，关于这个生态系统将如何受到气候变化的影响，因此，藻类——生态系统中的主要生产者——是一个很好的起点。

从太空绘制该地图一直是一个挑战。

“与公海不同，我们无法从太空中看到海冰中的藻类，”特罗姆瑟大学的卡利·坎贝尔说。“我们能做的就是从估算光照开始。冰藻利用光照进行光合作用，生成有机化合物，而光照是推动海洋生产的主要因素。

“如果我们能够绘制到达藻类的光线图，我们就能知道它们何时会繁殖以及繁殖多少。”

要理解这一点，你需要知道冰有多厚，以及上面有多少雪。冰雪越厚，到达冰下藻类的光线就越少。

这就是CryoSat的作用所在。结合哥白尼哨兵3号和美国宇航局ICESat-2的数据，科学家估算了CryoSat在轨运行14年期间北极海冰厚度。

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每年冰藻爆发的起始日期为2011年至2022年。混合CryoSat和Sentinel-3数据仅适用于2019年和2020年，ICESat-2的扩展以红色标出。极地附近的白色区域光照不足，无法引发爆发。图片来源：ESA(数据：CryoSat/CopernicusSentinel-3/ICESat-2)

通过应用算法来了解有多少光可以穿透冰雪，并使用模型来预测历史上的冰雪覆盖量，就可以模拟藻类可能在何时何地开始繁殖。

2011年至2022年的数据显示，北极更南部地区将提前出现藻华，且情况逐年变化。降雪似乎是一个重要因素。

模型显示，2017年降雪特别多，导致积雪更深，由于光照不足，阻碍了大面积花朵盛开。

融雪引发花开

由于雪似乎是一个主要影响因素，研究人员研究了雪量减少对藻华的影响。自20世纪80年代以来，北极大部分地区的积雪深度一直在减少。

在对1982年至2018年的积雪深度变化进行建模并将其与穿透冰层的光的估计值相结合后，一幅清晰的图景浮现出来。

该模型表明，南部地区藻华的出现时间每十年会提前15天。

还有许多其他因素。沉积物和冰的结构将改变多少光线穿过雪和冰。还必须考虑可能影响藻类生长的其他因素，以及光照增加的影响。

被冰束缚的藻类往往是天生的阴凉栖息者。暴露在更多的光线下，它们可能会产生不同的糖和脂肪，或在不同的时间死亡。必须了解所有这些方面才能全面了解情况。

但利用卫星测量描绘冰下光合有效辐射的广阔图景的能力对于支持监测北极生态系统的其他方法来说是一个非常有用的工具。

朱利安说：“这种前所未有的卫星数据使用方式有利于我们了解迅速变化的北极生态系统。了解穿透海冰的光合有效辐射将支持更广泛的研究，以了解气候变化对北冰洋生物的影响。”

考虑到雪是决定阳光穿透冰层量的主要因素，CryoSat和ICESat-2之间的合作(称为Cryo2ice)应该会带来进一步的见解。

2024年冬季，这两颗卫星将几乎同时在北极上空对齐，综合测量结果将为我们提供迄今为止对冰层表面积雪厚度的最佳估计。

通过CryoSat的雷达和ICESat-2的激光雷达仪器的协同工作，我们将深入了解冰测高的未来。哥白尼极地冰雪地形测高仪(CRISTAL)任务将使用双频雷达精确绘制海冰上的积雪深度，并将极地冰的卫星记录延续到2030年代。

“经过14年，很高兴看到CryoSat不断找到新的应用，”CryoSat任务经理TommasoParrinello说道。“北极发生的快速变化将产生广泛的影响，影响到我们所有人。”

保存长期卫星记录对于帮助我们了解它们和驾驭未来至关重要。我很高兴看到Cryo2ice合作在未来几个月和几年的影响，以及将保存CryoSat之外的气候记录的CRISTAL任务。”

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