Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Т. 22. № 5. С. 322-336
Сравнение спутниковых продуктов по скорости дрейфа морского льда в Арктике
Е.В. Заболотских
1 , Е.В. Львова
1 , М.Д. Кудель
1 , К.И. Ярусов
1 1 Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург, Россия
Одобрена к печати: 19.08.2025
DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-5-322-336
Изучение полей дрейфа морского льда в Арктике позволяет анализировать оперативную ледовую обстановку и прогнозировать её изменения, а также оценивать изменения климата Арктики. Поэтому точность информации по дрейфу льда, полученной на основе спутниковых измерений, нуждается в количественной оценке. В работе представлены результаты сравнения трёх спутниковых продуктов по дрейфу морского льда в Арктике: американского Национального центра по снегу и льду NSIDC (англ. National Snow and Ice Data Center), европейского центра EUMETSAT (англ. European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites) OSI SAF (англ. Ocean and Sea Ice Satellite Application Facilities) и французского института исследований моря Ifremer (фр. Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer). Приводится краткий обзор анализируемых продуктов и методов, лежащих в основе восстановления полей дрейфа льда. Сравнение проведено как для всей Арктики, так и для её восьми регионов: Центральной Арктики, моря Бофорта, Чукотского, Восточно-Сибирского, Карского и Баренцева морей, моря Лаптевых и Гренландского моря. При сравнении рассчитывалась средняя и максимальная скорость дрейфа V в каждом из регионов и во всей Арктике для среднесуточных и среднемесячных данных 2021 г. Оценивалась зависимость различий в полях дрейфа льда от влагозапаса атмосферы, восстановленного по данным спутникового микроволнового радиометра AMSR2 (англ. Advanced Microwave Scanning Radiometer 2). Показано, что среднемесячные средние значения V продуктов NSIDC и OSI SAF близки между собой, а значения V продукта Ifremer сильно превышают первые два, особенно для летних месяцев. Разница в скорости дрейфа разных продуктов увеличивается с ростом влагозапаса атмосферы. Для независимой верификации данных использовались данные по дрейфу льда двух дрейфующих буёв IABP (англ. International Arctic Buoy Program) — в Восточно-Сибирском море и Центральной Арктике. Показано, что из всех анализируемых продуктов лишь NSIDC обладает удовлетворительным качеством, позволяющим использовать его как для оперативного анализа ледовой обстановки, так и для построения долговременных временных рядов для решения климатических задач, однако в российских морях Арктики точность всех трёх продуктов резко снижается.
Ключевые слова: Арктика, морской лёд, дрейф льда, спутниковое дистанционное зондирование
Полный текстСписок литературы:
- Демчев Д. М., Волков В. А., Казаков Э. Э. Восстановление полей дрейфа морского льда по последовательным спутниковым радиолокационным изображениям методом прослеживания особых точек // Проблемы Арктики и Антарктики. 2016. Т. 109. № 3. С. 5–19.
- Agnew T. A., Le H., Hirose T. Estimation of large-scale sea-ice motion from SSM/I 85.5 GHz imagery // Annals of Glaciology. 1997. V. 25. P. 305–311. DOI: 10.3189/S0260305500014191.
- Comiso J. C., Meier W. N., Gersten R. Variability and trends in the Arctic Sea ice cover: Results from different techniques // J. Geophysical Research: Oceans. 2017. V. 122. No. 8. P. 6883–6900. DOI: 10.1002/2017JC012768.
- Fang H., Zhang X., Shi L. et al. Evaluation of Arctic sea ice drift products based on FY-3, HY-2, AMSR2, and SSMIS radiometer data // Remote Sensing. 2022. V. 14. No. 20. Article 5161. DOI: 10.3390/rs14205161.
- Fowler C. W. Polar Pathfinder Daily 25 km EASE‐Grid Sea Ice Motion Vectors. Boulder, Colorado: National Snow and Ice Data Center, 2003. 19 p.
- Girard-Ardhuin F., Ezraty R. Enhanced Arctic sea ice drift estimation merging radiometer and scatterometer data // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 7. P. 2639–2648. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2184124.
- Girard-Ardhuin F., Ezraty R., Croizé-Fillon D., Piolle J. Sea ice drift in the central Arctic combining QuikSCAT and SSM/I sea ice drift data. User’s Manual, Version 3.0. Brest, France: Ifremer, 2008. 31 p.
- Haarpaintner J. Arctic-wide operational sea ice drift from enhanced-resolution QuikScat/SeaWinds scatterometry and its validation // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2006. V. 44. No. 1. P. 102–107. DOI: 10.1109/TGRS.2005.859352.
- Hollands T., Linow S., Dierking W. Reliability measures for sea ice motion retrieval from synthetic aperture radar images // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2014. V. 8. No. 1. P. 67–75. DOI: 10.1109/JSTARS.2014.2340572.
- Komarov A. S., Barber D. G. Sea ice motion tracking from sequential dual-polarization RADARSAT-2 images // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2014. V. 52. No. 1. P. 121–136. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2236845.
- Kwok R., Schweiger A., Rothrock D. A. et al. Sea ice motion from satellite passive microwave imagery assessed with ERS SAR and buoy motions // J. Geophysical Research: Oceans. 1998. V. 103. No. C4. P. 8191–8214. DOI: 10.1029/97JC03334.
- Kwok R., Curlander J. C., McConnell R., Pang S. S. An ice-motion tracking system at the Alaska SAR facility // IEEE J. Oceanic Engineering. 2002. V. 15. No. 1. P. 44–54. DOI: 10.1109/48.46835.
- Kwok R., Spreen G., Pang S. Arctic sea ice circulation and drift speed: Decadal trends and ocean currents // J. Geophysical Research: Oceans. 2013. V. 118. No. 5. P. 2408–2425. DOI: 10.1002/jgrc.20191.
- Lavergne T. Algorithm theoretical basis document for the OSI SAF Low Resolution Sea Ice Drift product. Version 1.3. Ocean and Sea Ice SAF, 2016. 31 p.
- Lavergne T., Down E. A climate data record of year-round global sea ice drift from the EUMETSAT OSI SAF // Earth System Science Data. 2023. V. 15. No. 12. P. 5807–5834. DOI: 10.5194/essd-15-5807-2023.
- Lavergne T., Eastwood S., Teffah Z. et al. Sea ice motion from low-resolution satellite sensors: An alternative method and its validation in the Arctic // J. Geophysical Research: Oceans. 2010. V. 115. No. C10. Article C10032. DOI: 10.1029/2009JC005958.
- Lavergne T., Solé M. P., Down E., Donlon C. Towards a swath-to-swath sea-ice drift product for the Copernicus Imaging Microwave Radiometer mission // The Cryosphere. 2021. V. 15. No. 8. P. 3681–3698. DOI: 10.5194/tc-15-3681-2021.
- Moore G. W. K., Howell S. E. L., Brady M. et al. Anomalous collapses of Nares Strait ice arches leads to enhanced export of Arctic sea ice // Nature Communications. 2021. V. 12. Article 1. DOI: 10.1038/s41467-020-20314-w.
- Ninnis R. M., Emery W. J., Collins M. J. Automated extraction of pack ice motion from advanced very high resolution radiometer imagery // J. Geophysical Research: Oceans. 1986. V. 91. No. C9. P. 10725–10734. DOI: 10.1029/JC091iC09p10725.
- Petty A. A., Kurtz N. T., Kwok R. et al. Winter Arctic sea ice thickness from ICESat-2 freeboards // J. Geophysical Research: Oceans. 2020. V. 125. No. 5. Article e2019JC015764. DOI: 10.1029/2019JC015764.
- Shi Q., Yang Q., Su J. et al. Improved Arctic sea-ice motion in summer from the brightness temperature of the AMSR2 36GHz channel // Intern. J. Digital Earth. 2024. V. 17. No. 1. Article 2311317. DOI: 10.1080/17538947.2024.2311317.
- Spreen G., Kwok R., Menemenlis D. Trends in Arctic sea ice drift and role of wind forcing: 1992–2009 // Geophysical Research Letters. 2011. V. 38. No. 19. Article L19501. DOI: 10.1029/2011GL048970.
- Sumata H., Lavergne T., Girard-Ardhuin F. et al. An intercomparison of Arctic ice drift products to deduce uncertainty estimates // J. Geophysical Research: Oceans. 2014. V. 119. No. 8. P. 4887–4921. DOI: 10.1002/2013JC009724.
- Thorndike A. S., Colony R. Sea ice motion in response to geostrophic winds // J. Geophysical Research: Oceans. 1982. V. 87. No. C8. P. 5845–5852. DOI: 10.1029/JC087iC08p05845.
- Tschudi M. A., Meier W. N., Stewart J. S. An enhancement to sea ice motion and age products at the National Snow and Ice Data Center (NSIDC) // The Cryosphere. 2020. V. 14. No. 5. P. 1519–1536. DOI: 10.5194/tc-14-1519-2020.
- Ye Y., Luo Y., Sun Y. et al. Inter-comparison and evaluation of Arctic sea ice type products // The Cryosphere. 2023. V. 17. No. 1. P. 279–308. DOI: 10.5194/tc-17-279-2023.
- Zabolotskikh E. V., Khvorostovsky K. S., Chapron B. An advanced algorithm to retrieve Total atmospheric water vapor content from the Advanced Microwave Scanning Radiometer data over sea ice and sea water surfaces in the Arctic // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2020. V. 58. No. 5. P. 3123–3135. DOI: 10.1109/TGRS.2019.2948289.
- Zhao Y., Liu A. K., Long D. G. Validation of sea ice motion from QuikSCAT with those from SSM/I and buoy // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2002. V. 40. No. 6. P. 1241–1246. DOI: 10.1109/TGRS.2002.800442.