NASA将发射SWOT卫星，绘制高清全球水体图

文 | 保罗·福森

编译 | 刘佳玉

制作 | 《科学焦点》编辑部

SWOT卫星将以前所未有的分辨率收集全球水循环和漩涡的碳吸收数据，其搭载的微波雷达每21天会对全球完全扫描一次。

它将完善海洋环流模型，为气候预测提供支撑，探索海洋如何吸收大气热量和二氧化碳。

SWOT卫星

海洋里的漩涡一直被忽视。

这些湍流的水漩涡，直径从几千米到数百千米不等，剥离了巨大的洋流并将热量和二氧化碳混入到更深的海洋层中，就像将奶油搅入咖啡。

漩涡是海洋最有活力的特征，对于正确建立气候模型至关重要，但以往的卫星很难捕捉到，除非漩涡碰巧扫过大量的绿色浮游植物。

由美国航空航天局（NASA）和法国国家太空研究中心（CNES）联合开发的地表水和海洋地形（SWOT）卫星发射后，漩涡以及陆地上河流和湖泊的潮起潮落将成为人们关注的焦点。

这颗耗资12亿美元的卫星预计于12月15日从美国加利福尼亚州的范登堡太空军基地搭载SpaceX公司的“猎鹰”9号火箭发射升空，该卫星携带的水面高度计，误差为厘米级，可以观测到漩涡。

“SWOT将带来巨大的变化。”伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）的物理海洋学家J·托马斯·法勒（J. Thomas Farrar）说。

“这就像给海洋学家戴上了一副高清眼镜。”法国图卢兹太空、地球物理和海洋学研究实验室的物理海洋学家罗斯玛丽·莫罗（Rosemary Morrow）说。

SWOT卫星可捕获直径小至7千米的漩涡，21天就可以扫描整个地球。SWOT将绘制出600多万个湖泊的高度变化图，同时还可以捕获宽度超过100米的河流的流量。

它将取代地面测量仪离散间断的数据，使水文领域的数据达到前所未有的完整性和全球性。“这将帮助我们了解在北极、非洲这些没有地面数据的地方的水循环方式。”SWOT淡水科学团队的负责人，来自北卡罗来纳大学教堂山分校的水文学家塔姆林·帕维尔斯基（Tamlin Pavelsky）说。 

观测漩涡帮助应对全球变暖

近40年来，NASA和CNES发射了一系列的雷达测高卫星，通过雷达的反射脉冲来测量水位高度。

这些卫星监测了全球海平面的加速上升，这是气候变化的基本指标。通过测量海洋的凸起和凹陷，它们还捕获了席卷全球的大规模洋流。但是卫星粗糙的空间分辨率无法观测到河流和小漩涡。

借助两个5米长的臂架，SWOT获得了更清晰的视野。每个臂架都配有一个天线，用于捕获SWOT脉冲到地球表面的信号反射。

高增益天线使SWOT能够测量小至几千米宽的水域的高度，观测小漩涡也成为可能。

有了精确的观察数据，水文学家就能了解湖泊和河流是如何发生季节性变化的，以及厄尔尼诺等短期气候驱动因素有何的影响。

对于海洋生态学家来说，SWOT将能够绘制出大坝或堰堤截流时，世界主要河流的水位如何下降，以及对水生栖息地破坏的严重程度。它还能监测河流的演变，甚至捕获顺流而下的洪水，这将有助于洪水建模。

尽管SWOT只预计运行3年，但科学家计划寻找它观测到的数据与陆地卫星在可见光下观测到的水体特征之间的相关性，例如不断变化的湖泊和河流宽度。

这些可见的变化可以作为水位变化的依据，使研究人员能够继续密切关注地球的水循环。帕维尔斯基说：“即使SWOT不复存在，科学家仍然可以继续进行研究分析。”

SWOT对漩涡的观测可能会是它最大的收获。

WHOI物理海洋学家西尔维娅·科尔（Sylvia Cole）表示，SWOT将观测海洋中数千个小漩涡如何搅动海洋。莫罗说，直径只有几千米的漩涡可能将热量和碳带到了两极附近的海洋，甚至推动了较小海域的混合。“我们可能低估了90%以上水资源的能量，因为我们忽略了这些小规模的水循环。”

杜兰大学物理海洋学家宋克·丹根多夫（Sönke Dangendorf）认为，在海岸线上，SWOT将提供海平面上升对沿海汛情影响情况的详细数据。

海洋吸收了地球大气中90%以上的多余热量，其中绝大部分热量都是人类活动产生的温室气体。

研究将帮助气候科学家回答一个关键问题：“海洋开始向大气释放大量热量、从而加速全球变暖的转折点是什么时候。”

参考链接

https://www.science.org/content/article/nasa-mission-will-study-hidden-ocean-swirls-soak-heat-global-warming

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