1.ICESAT-2简介

冰、云和陆地高程卫星 2 号（ICESat-2）将测量不断变化的地球的高度——一次一个激光脉冲，每秒 10,000 个激光脉冲。 ICESat-2 于 2018 年推出，将携带一个激光高度计来检测单个光子，使科学家能够以前所未有的细节测量冰盖、海冰、森林等的高度。

我们星球的冰冻区域，称为冰冻圈，是美国宇航局地球科学研究的重点。 ICESat-2 将帮助科学家调查我们的冰冻圈在气候变暖的情况下发生变化的原因和程度。该卫星还将测量地球温带和热带地区的高度，并评估全球森林中的植被。

用光测量高度

ICESat-2 将携带一个仪器，即高级地形激光高度计系统或 ATLAS。 ATLAS 有一个激光器，分成六束并分成三对排列，以更好地测量地球表面的坡度。当激光光子离开 ATLAS、从地面反射并返回接收望远镜时，船上的机械装置会对其往返行程进行精确计时。通过将这些时间与卫星在太空中的精确位置相匹配，任务科学家将能够确定地球表面的高度。

该任务将收集足够的数据，以估计格陵兰岛和南极冰盖的年高度变化在 4 毫米以内——一支 2 号铅笔的宽度。

通过每秒 10,000 个激光脉冲，这种快速发射的激光技术使 ATLAS 能够沿卫星路径每 28 英寸进行一次测量。该任务将收集足够的数据，以估计格陵兰岛和南极冰盖的年高度变化在 4 毫米以内——一支 2 号铅笔的宽度。

ICESat-2 从 2003 年发射并运行到 2009 年的第一台 ICESat 改进了我们的激光技术。虽然 ICESat-2 将携带 ATLAS，但第一台 ICESat 携带地球科学激光高度计系统 (GLAS) 仪器——第一个激光测距系统进行了连续的地球观测。单光束 GLAS 激光器在红外光中每秒发射 40 个脉冲，沿卫星在地球表面的轨道每 170 米进行一次测量。作为比较，如果这两种仪器在足球场上进行测量，GLAS 将收集两个端区外的数据点，但 ICESat-2 的 ATLAS 将在每条码线之间进行测量。

ICESAT-2 轨道视频https://download.csdn.net/download/soderayer/67257034

ICESAT-2 光束轴视频https://download.csdn.net/download/soderayer/67285319

90M宽波束

科学目标

在其三年的设计寿命中，ICESat-2 将记录冰盖的潮起潮落、海冰的萎缩或增长、世界森林的高度等。当来自 ICESat-2 的数据与科学家从第一次 ICESat 和冰桥行动（始于 2009 年的正在进行的空中运动）中了解到的信息相结合时，研究人员将能够跟踪冰冻圈长达 16 年。

如果 ICESat-2 飞过足球场，ATLAS 仪器将收集每条码线之间的数据点。

借助 ATLAS 将带来的新技术进步，ICESat-2 任务旨在实现四个科学目标：

测量格陵兰岛和南极洲冰盖融化对海平面变化的影响
测量冰盖、冰川等在不同地区的质量如何增加或减少，以帮助研究人员了解这些变化背后的机制
估计海冰的厚度，并监测任何变化
测量森林的高度以计算一个地区的植被数量

2.ICESAT-2技术要求

ICESat-2 技术要求

1.ICESat-2 产生冰面高程产品，该产品能够每年以优于或等于 0.4 厘米/年的精度确定冰盖高程变化率。
2.ICESat-2 生成冰面高程产品，该产品能够确定出口冰川的年表面高程变化率，精度优于或等于 0.25 m/yr，在 100 平方公里的区域内进行年平均。
3.ICESat-2 产生冰面高程产品，该产品能够确定与其重复地面轨迹相交的动态冰特征的表面高程变化率，精度优于或等于 0.4 m/yr 沿 1 公里轨道段。
4.ICESat-2 产生一个冰面高程产品，能够在 25 公里×25 公里的空间尺度上将冬季（累积）和夏季（消融）冰盖高程变化解析为 10 厘米。
5.ICESat-2 提供月度表面高程产品，以便在海面高度参考（引线）可用且在晴朗的天空条件下，确定沿 25 公里的海冰干舷的不确定度小于或等于 3 厘米北极和南大洋的航段；轨道间距在70度纬度每月应小于或等于35公里。
6.ICESat-2 进行至少三年的测量。
7.ICESat-2 产生一个冰面高程产品，与 ICESat-1 一起，能够确定十年时间尺度上的高程变化。
8.ICESat-2 产生能够独立确定全球植被高度的海拔测量值，地面轨道间距在两年内小于 2 公里。
9.ICESat-2 项目进行校准和验证计划，以验证交付的数据是否满足上述第 1、2、3、4、5、7 和 8 项的要求。

3.ICESat-2 产品说明

ICESat-2 处理流程

图 1. ICESat-2 数据处理工作流程从最低到最高处理级别。颜色表示处理级别（点击展开）。
ATLAS/ICESat-2 处理从两个 Level-1 产品开始：ATL01 计算光子飞行时间，ATL02 校正它们的温度和电压效应。

然后，该集合分为两个 2 级科学数据集：一个报告每个光子的纬度、经度和海拔 (ATL03)，另一个报告归一化相对反向散射的大气剖面。

除此之外，ATLAS/ICESat-2 Level-3 产品包括陆地冰、海冰、大气、植被和陆地、海洋和内陆水域的特定表面数据集。

以下数据集描述提供了所有计划中的 ICESat-2 数据产品的简要总结。 NASA Goddard 太空飞行中心的 ICESat-2 数据产品网页上相应的算法理论基础文档 (ATBD) 中提供了每个产品的完整描述。 NASA 会定期更新此页面上的 ATBD，以与最新产品版本保持一致。

Level1产品

重新格式化的遥测 (ATL01)
原始 ATLAS/ICESat-2 数据被解压缩、及时排序并重新格式化为 HDF5。 ATL01 由 X 波段遥测流下行链路的所有 ICESat-2 数据组成，采用位解压缩、时间对齐的产品。

ATL01 包含所有相关信息：

测高
气氛
激光参考系统
内务数据
校准模式
航天器辅助科学数据
ATL01 是作为 Level 1B 产品的输入生成的，供需要最低级别 ATLAS/ICESat-2 数据的研究人员使用。

科学单位转换遥测 (ATL02)
ATLAS/ICESat-2 Level 1B 处理对 ATL01 数据应用仪器校正，例如消除计时和指向测量中的偏差，以及校正温度和电压变化对 ATLAS 电子设备的影响。

ATL02 的主要功能是：

记录用于系统级质量控制分析的辐射参数
支持精确指向确定（PPD）和精确轨道确定（POD）处理
为 Level-2 全球地理定位光子产品 (ATL03) 提供源数据
为每个强光束提供原始大气剖面到 2 级归一化相对反向散射产品 (ATL04)

Level-2产品

全球地理定位光子数据 (ATL03)
ATL03 为从 ATLAS 下行链接的每个光子事件提供时间、纬度、经度和椭球高度。高度校正了几种地球物理现象，例如大气和固体地球变形的影响。根据设计，如果需要，用户可以轻松删除每个地球物理校正。

每个事件被分类为可能的信号光子或可能的背景光子。为了区分信号光子和背景，ATL03 处理生成光子事件数量的直方图，作为高度的函数，并计算每个直方图箱的信噪比。

ATL03 还包含五个表面掩膜——陆地、陆地冰、海洋、海冰和内陆水——它们共同覆盖了地球表面。

归一化相对反向散射 (ATL04)
ATL04 提供沿轨道、归一化的相对反向散射 (NRB) 剖面，可用于识别大气层及其边界，包括云、气溶胶和吹雪。剖面从当地 DEM 表面上方 13.75 公里延伸到 -0.25 公里，因此包括地面。

NRB 剖面是通过从原始光子计数中减去背景光子事件，乘以从卫星到返回高度的范围的平方，并通过激光能量归一化来生成的。轮廓还传递给更高级别的产品并由更高级别的产品使用来表征大气。

NRB 剖面仅由每个光束对的强光束生成，因此每个 ATL04 颗粒包含三个大气剖面。在将 400 个激光脉冲（大约 280 m 的沿轨道距离）相加后，强光束数据被下行传输，在 ~30 m 处垂直合并。

Level-3A

陆地冰高 (ATL06)
ATL06 提供陆冰表面高度和辅助参数的地理定位估计值，可用于解释估计值和评估其质量。光子事件被聚合成重叠的、固定长度 (40 m) 的沿轨道段，其中心相距 20 米，算法估计每个段中心的沿轨道坡度和高度。当一对梁中的两个梁都获得高度测量值时，将计算跨轨道斜率。

土地和植被高度 (ATL08)
ATL08 估计沿地面轨道 100 米固定长度台阶的地形高度、树冠高度和树冠覆盖。表面查找算法计算插值地表并通过将冠层光子返回的高度与插值地表的高度相差来确定相对冠层高度。

海冰干舷 (ATL10)
该数据集提供了沿航迹、北半球和南半球冰覆盖海沿 ATL07 产品生成的航段总干舷的估计值。干舷是使用从段内引线（公海）建立的参考海面高度确定的。每个半球每天最多提供 16 个轨道文件。

内陆水面高度 (ATL13)
ATL13 包括每个 ATLAS 波束的沿轨道水面高度、坡度和粗糙度，以及相邻强波束之间平面表面的纵横比和最大坡度（或坡度）。此外，产品还包括：水面高度统计；适用时，诸如次表面后向散射衰减系数和有效波高等平均量；沿轨道水体表面相对于北的最大坡度和坡向，源自相邻的 ATLAS 强梁。

海冰高度 (ATL07)
ATL07 为北半球和南半球的冰覆盖海提供沿航迹表面高度和类型（例如，积雪覆盖的冰、开阔水域）。对沿六个地面轨迹中的每一个的段估计海面和海冰高度。段长度因表面类型而异，由累积约 150 个信号光子的距离决定。每个半球每天最多提供 16 个轨道文件。

大气层特性 (ATL09)
ATL09 报告从大气反向散射剖面 (ATL04) 中检测到的层高和相关标志。该产品还包括两个云旗、一个吹雪旗和一个多重散射警告旗。三个强光束中的每一个都有最多十层的高度可用，层属性标志将云与气溶胶区分开来。

海面高度 (ATL12)
ATL12 将包含给定时间公海表面给定点的海面高度估计值，以及评估高度估计值质量以及解释和汇总更远距离数据所需的参数。对于三个 ATLAS 强光束中的每一个，在 70 m (100 Hz) 和 7 km (1 Hz) 之间的长度尺度上提供了无冰的海洋表面高度，包括沿海水域。 ATL12 还包括高度分布估计（十分位数）、显着波高、表面坡度和视反射率。

Level-3B

年陆地冰高 (ATL11)
ATL11 提供表面高度的时间序列。它是最低级别的陆冰产品，可将同一点上多次通过的数据汇集在一起，无需为此任务收集单独的 ATL06 文件。 ATL11 包含交叉点和交叉点之间沿轨道参考点的高度估计。该产品使用一致性检查从 ATL06 记录中剔除错误，计算局部地形校正以消除由于小规模表面坡度引起的高度变化，并包含可直接差分以获得随时间变化的高度变化 (dh/dt) 的值.

每周网格 (ATL16)、每月 (ATL17) 氛围
这两种产品仅在网格分辨率和生成频率方面有所不同，将报告全球云比例、海洋上的总柱光学深度、极地云比例、吹雪频率、表观表面反射率和地面检测频率。 HDF 产品文件将包含网格化的 2D 阵列以及绘制在该区域地图上的数据字段的图像。

网格化的每月海面高度：远洋 (ATL19)
ATL19 完全源自 ATL12（海面高度），将包含使用所有 ICESat-2 轨道从每个月的开始到月底的海面高度的网格化月度估计值。它将包括海面的统计描述——平均值、标准偏差、偏度和峰度——在每个网格单元内。

网格化的年冰盖高度 (ATL14)，
冰盖高度变化 (ATL15)
ATL14 产品将使用来自 ATL11 的坡度校正高度来生成发布在 125 米处的南极洲和格陵兰岛的数字高程模型 (DEM)。 ATL15 将综合来自 ATL06（陆地冰高）和第一次 ICESat 任务的高度测量值，以生成不同时间窗口的高度变化图：ICESat 任务的中点和 ICESat-2 开始之间的一个； ICESat-2 任务的每一年一个。

ICESat-ICESat-2 高程差图将在 1 公里处张贴。 ATL14 高程变化表面将每 3 个月张贴在 500 m 处。

网格化土地和植被高度 (ATL18)
数据集由地形和冠层特征的网格地图组成。该产品将每年以粗分辨率发布，例如 500 m 到 1 km 的瓷砖（待定）。 ATL18 将包括冠层高度、冠层覆盖和地面标高。在任务结束时计划使用更高分辨率的网格。

网格每月海冰干舷 (ATL20)，
海面高度异常：冰封海洋 (ATL21)
ATL20 和 ATL21 包括对北冰洋和南大洋的海冰干舷和海面高度（冰覆盖的海洋）的网格估计。 ATL20 报告每个月月初和月底之间所有 ICESat-2 轨道的海冰干舷。 ATL21 提供每个月开始和月底之间所有 ICESat-2 轨道的海面高度异常的日平均值和月平均值。两个数据集都在 25 公里处进行网格划分，并使用 SSM/I 极地立体投影方程映射到平面网格上。

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