近期，可持续发展大数据国际研究中心（SDG中心）在湖冰厚度遥感反演方法方面取得了新成果。相关研究得到了SDG中心创新研究计划项目（编号：CBAS2022IRP08）的资助，并以SDG中心为第一完成单位，在国际期刊《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》上发表。邱玉宝研究员为论文通讯作者，博士后石利娟与硕士研究生彭崇泰为共同第一作者。

北半球超过50%的湖泊在冬季会呈现季节性冻结的情况，湖冰厚度（Lake Ice Thickness, LIT）是全球气候观测系统（GCOS）关键气候变量（Essential Climate Variables, ECVs），对于寒冷地区的气候、生态效应及可持续发展（气候行动）具有重要意义。高纬度地区部分湖泊地处偏远，湖冰厚度实地观测设施极为有限，高纬度地区的观测点呈现减少趋势。星载被动微波遥感在湖冰参数获取中具有物理可解析的优势，可提供数十年的观测数据，但因湖泊特性（深度、含盐度等）的不同所致传统被动微波遥感湖冰厚度反演方法普适性不足，其参数率定依然依赖地面观测校准而难以泛化。

该研究结合HIGHTSI热力学模型与SMRT微波辐射传输模型，模拟了湖冰封冻期的冰参数变化及微波辐射，采用18.7Ghz垂直极化亮温与湖冰厚度（LIT）之间存在显著的线性关系，并发现线性回归关系（LIT = A × TB + B）的系数率定依赖于早期湖冰完全冻结的微波亮温关系，这种关联可认为是微波信号体现了湖泊物理特性和温度关联，从而解决了系数依赖地面观测的问题，实现了方法的泛化问题。验证结果表明该算法具有良好的估算精度，与原位测量数据、雷达测高法以及现有湖冰厚度产品相比，所获得的湖冰厚度结果的均方根误差（RMSE）分别为0.19米、0.16米和0.15米。

图1 大奴湖（上）和贝克湖（下）模拟和 CETB 增强分辨率亮温的对比

基于湖冰厚度估算方法，研究获得了2002年至2011年间北半球96个湖泊的湖冰厚度变化数据，结果显示，在北美洲，湖冰最大厚度随纬度增加而显著增大，受北大西洋热量输送的影响，欧亚大陆西部湖区的湖冰厚度分布呈现北移特征。就厚度范围而言，北美洲湖泊的最大湖冰厚度主要分布在1.0–1.6米之间，欧亚大陆则集中在1.2–1.6米之间。总体来看，2002–2011年间，有59个湖泊的湖冰厚度呈现出较弱的上升趋势，而厚度下降的湖泊则多集中于北美地区主要与雪冰形成过程有关。

图2 北半球96个湖泊2002年-2011年最大冰厚分布及其变化趋势

    采用被动微波遥感可直接获取大型湖泊的湖冰厚度的分布情况，实现每天时间尺度的数据的获取，为湖冰的变化和生态效应提供清晰的数据基础。

图3 图左半部分（a - d）为大奴湖（1 月至 4 月）月平均 LIT 情况，右半部分（e - h）为贝克湖.

文章链接：10.1109/TGRS.2025.3586818

相关研究：L. Shi et al., "Lake Ice Thickness Estimation Using Calibrated Enhanced-Resolution Passive Microwave Data," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 63, pp. 1-14, 2025, Art no. 4302114, doi: 10.1109/TGRS.2025.3586818.