近日，遥感领域国际顶刊《环境遥感》（《Remote Sensing of Environment》）公布了一项突破性成果：基于超椭球模型与偏振观测的逐像素级别冰云参数反演方案，成功攻克冰云遥感的“形态适配”难题。该研究由浙江大学地球科学学院与中国气象局地球系统数值预报中心联合攻关完成，双方以此构建“核心技术联合攻关—业务转化落地”的产学研深度融合新范式。

冬日玻璃上的冰花是大众熟知的自然景象，而在万米高空，由无数微小冰晶聚合形成的冰云，深刻影响着我们所处的天气与气候。浙江大学地球科学学院研究员毕磊解释说，冰云由悬浮冰晶构成，其光散射与辐射传输特性深刻影响着大气温度和气候演变，“一旦冰云失衡，整个大气系统的‘运转节奏’都会被打乱”。然而，冰晶形态千变万化——有柱状的、片状的，表面有光滑的、有粗糙的，且始终处于动态变化之中。如何精准捕捉这些多变的冰晶形态，反演出冰云核心参数，成为长期困扰科学界的技术瓶颈。

长久以来，传统冰云遥感方法多采用“模板匹配”的思路，如默认所有冰晶为规则球形，或只设定有限的几种固定冰晶形态。这种简化处理方式虽然便捷，但计算上会存在一定误差。

针对这一行业共性难题，浙江大学联合中国气象局地球系统数值预报中心组建攻关团队，创新提出基于超椭球模型与偏振观测的逐像素级别冰云参数反演方案，为破解冰云遥感“形态适配”难题提供了全新高效的技术路径。

毕磊介绍，相较于常规的球体、椭球体，超椭球模型新增可调参数，可灵活调整粒子长宽比、圆度、表面粗糙度等关键指标，既能模拟柱状、片状等各类粒子形态，也能模拟冰晶微观表面结构，如同一款“万能模具”，模拟高空冰晶的多样形态。

该模型的核心优势在于其与真实冰晶之间存在一种独特的“光学等价性”原理。科研团队无需完全复刻每一颗冰晶的样貌，只需精准抓取冰晶核心光学特征，就能从根源上解决传统模型无法适配冰晶形态异质性的痛点。“这就像识人无需记住每一根头发，抓住五官核心特征即可精准辨认，超椭球模型正是通过锁定冰晶核心光学特征，实现高精度模拟。”毕磊解释道。

仅有精准的模型框架还远远不够，偏振观测技术的引入让冰晶观测能力实现了质的飞跃，二者协同配合，为高空冰晶建立起精准完整的“身份档案”。常规卫星观测仅能获取光线亮度与强度信息，类似黑白摄影，只能呈现大致轮廓；而偏振观测可精准捕捉光线振动方向，相当于为冰晶拍摄高清彩色影像。由于光线振动方向对冰晶形态变化高度敏感，将偏振观测数据与超椭球模型结合，就能精准推演冰晶具体形态，实现高精度的冰云参数反演。

中国气象局地球系统数值预报中心正高级工程师韩威深耕数据同化领域多年，他结合业务应用场景分析道：“这套冰晶观测新方案大幅提升了冰晶形态参数的同化精度，能有效补齐数值预报模式中冰云物理过程的短板，让初始场数据更贴合大气真实状态。”

面向气象科技自立自强国家战略，浙江大学地球科学学院与中国气象局地球系统数值预报中心聚焦冰云遥感“卡脖子”难题，从超椭球模型原创突破到偏振观测业务应用，构建起“核心技术联合攻关—业务转化落地”的产学研深度融合新范式。韩威表示，研究团队将拓展超椭球模型的适用场景，不断优化算法精度，全力推动这项研究成果快速落地业务化应用，为精准天气预报、精细化气候研究赋能，为全球冰云气候学研究提供全新的技术支撑。

（作者：唐淼 责任编辑：张林）