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NASA拟资助五大飞行任务 探索地球奥秘

2019-12-03 07:57 来源:科技日报 本报记者 胡定坤

  NASA的飞行任务。图片来源:NASA官网

  提起美国国家航空航天局(NASA),人们首先想到的是仰望星空、探索宇宙。其实,它有时也会立足空天、俯瞰地球。

  日前,NASA披露,其“地球风险等级项目”将在2020年资助五大飞行任务,利用先进的航空技术,探索从美国东海岸的暴风雪到西海岸的海洋漩涡等影响人类生命和环境的地球变化奥秘。

  云层采样辅助暴雪预测

  人口稠密的美国东海岸冬季暴风雪频发,经常导致道路关闭和企业停工,并严重威胁人类安全。然而,暴风雪的云层形成过程难以从太空精确测量,致使对降雪的预报精度很差。

  为此,NASA将从明年1月开始“威胁大西洋海岸暴风雪的微物理和降水研究”项目,使用“ER-2”高空飞机和“P-3”云层取样飞机进入相关区域飞行,精确研究雪在云层中的分布,弥补卫星数据不足,改进天气预报模型。

  项目首席研究员、华盛顿大学副教授林恩·麦克默迪表示,当人们看到大片云层照片时,会认为那里到处都在下雪,但事实并非如此。云层内部存在狭长的强烈降雪带。我们试图了解它们为什么形成,及其如何随着风暴的发展而演变,以更好地预测地面上的降雪分布。

  空中测量解码海洋漩涡

  在气候和海洋生态中,被称为旋涡的环状水流促进了海洋和大气之间的热量交换及上层海洋中营养物质、氧气等溶解气体的垂直输送。大尺度涡旋直径达数百公里,而亚中尺度涡旋大小则从1公里到10公里不等,目前的海洋监测卫星无法对其详细观测。

  NASA将在明年4月开始“亚中尺度海洋动力学实验”,派出“空中之王”“湾流五号”等飞机和“海洋号”研究船,搭载一系列的自主平台和研究人员,到旧金山海岸200英里外测量不同时间和空间尺度上的海洋温度、盐度和水流速度等。

  据报道,这些漩涡对上层海洋具有重要的长期影响,但它们的预测对模拟过程中的小细节非常敏感。伍兹霍尔海洋学研究所的海洋物理学家托马斯·法拉尔表示,该项目可以帮助我们进一步改进预测模型。

  遥感评估海面上升威胁

  在美国,有成百上千万人依赖沿海三角洲生活。那里充当着鱼类、甲壳类动物和其他动物的“托儿所”,并保护内陆基础设施免受飓风和海啸的袭击。然而,世界上大多数三角洲都可能在海平面上升中消失。

  NASA将开展“三角洲-X”任务,详细研究密西西比河三角洲,了解其哪些区域可能消失,哪些地区能够幸存。事实上,如果有足够的沉积物,如果植物可以健康生根,三角洲的增高有可能跟得上海平面上升的速度。NASA的科学家们将使用“空中之王”“湾流”等飞机,搭载先进遥感仪器,对水流进行实地测量,以确定泥沙将在哪里沉积。同时,科学家们还将对植物分解产生的有机土壤的数量进行量化研究。

  NASA喷气推进实验室的“三角洲-X”首席研究员马克·西玛德说:“这些新数据将有助于我们了解并减缓海平面上升对三角洲上重要海岸资源的影响。”

  实地研究海洋边界层云

  海洋边界层云覆盖了地球海洋的大片区域,在研究地球能量平衡和水循环中发挥着关键作用。例如在全球变暖模型中,云的变化仍然是最大的不确定因素之一。

  NASA将在明年2月开始“西大西洋上空气溶胶—云—气象学相互作用实验”研究,派出两架飞机携带大量遥感和测量仪器,相互配合执行飞行任务,其中一架代号“猎鹰”,另一架是“空中之王”,飞行区域主要集中在北大西洋西部。

  “尽管之前实施了许多实地调查,但我们还没有在各种条件下进行全面测量,得出关于气溶胶、云和气象学之间相互作用对气候影响的明确结论。”项目主要研究者、亚利桑那大学阿明·索罗希安说,通过这项研究,我们打算解决这一问题,并为国际科学界提供今后数年和数十年可以使用的数据。

  高空探查大气风暴影响

  夏季,美国中部经常出现强烈风暴。当风暴变得足够高时,它们会超过对流层,并将水蒸气和污染物注入平流层,从而显著改变其化学成分,甚至可能会对平流层臭氧产生负面影响。

  2020年的夏季,NASA将开展“夏季平流层的动力学和化学”项目,利用气象卫星和地面雷达测量过强风暴(overshooting storms),并利用“ER-2”高空飞机收集测量数据。据悉,该飞机足以飞到7万英尺(超过2万米),远高于大多数飞机的飞行高度。

  “该项目是第一个专门观测被强风暴提升到平流层的物质的科学任务。”来自德克萨斯农工大学的首席研究员肯·鲍曼说,通过使用“ER-2”飞机直接测量风暴流出量,我们可以研究这些风暴如何影响今天的平流层,以及这种影响如何随着未来几十年的大气变化而变化。

(责任编辑:王蔚)

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