为什么宇航局的新任务将从太空研究地球的水

在星期四太阳升起之前，一枚携带地表水和海洋地形卫星的火箭将从圣巴巴拉以北的范登堡太空部队基地发射升空。当SWOT到达距地球表面553英里的目的地时，气候变化研究的新纪元将开始。

这颗卫星将是第一颗调查几乎所有世界地表水的卫星，使研究人员能够持续跟踪地球上每一个海洋、河流、湖泊和溪流的体积和运动。

NASA和法国国家空间研究中心的这项联合任务得到了一个独特的地球科学家联盟的支持，该联盟渴望回答有关洪水、气候模式和我们未来供水的关键问题。

当地面测量仪被淹没时，卫星将能够穿透暴风云并准确测量洪水的高度。如果一个国家拒绝分享其沿河用水的信息，航天器将能够提供。

SWOT旨在以前所未有的精确度和频率观察地球，返回大量数据以帮助科学家和决策者制定应对洪水、干旱和海平面上升的计划。

科学家们表示，这项耗资12亿美元的任务有可能改变我们对地球水的理解，就像显微镜改变了我们对人体的看法一样。

“可能性是如此无穷无尽，我几乎不知道从哪里开始，”北卡罗来纳大学教堂山分校的全球水文学家、该任务的水文科学负责人TamlinPavelsky说。“这就像用棒球棒敲击皮纳塔，然后倒出所有糖果，你甚至不知道先拿什么。”

以前的卫星监测过海洋或淡水。SWOT将是第一个观察到两者的人。该任务是海洋学和水文学的共同努力——这两个相关的科学学科往往是孤立的。

“整个水循环对于了解气候变化如何影响地球表面过程非常重要——不仅是水的传输，还有热量的传输，”美国地质调查局太平洋海岸和海洋科学的研究主任帕特里克巴纳德说。与任务无关的圣克鲁斯中心。

他说，SWOT收集的数据将“大大提高我们对气候变化和气候变异性的理解，以及它如何影响干旱和季风等事物。”

该卫星的主要工具是Ka波段雷达干涉仪或KaRIn。卫星发出无线电波，KaRIn记录有多少能量返回卫星，以及需要多长时间才能到达。结合其他测量，这些返回信号会告诉卫星它是否正在感应水，以及水面的高度。

一旦6月全面运行，SWOT将至少每21天调查一次北冰洋和南极洲之间的一切。最初的任务将运行三年。

“现在我们有卫星可以告诉我们水在哪里，我们有卫星可以告诉我们水的高度是多少，但我们没有卫星可以同时有效地做这两件事。而且这就是KaRIn可以做的那种杀手级的事情，”Pavelsky说。“它将世界上的水从2D变成了3D。”

在淡水方面，SWOT将首次对地球上的河流、湖泊和溪流网络进行全面调查，这些河流、湖泊和溪流数量太多，而且往往太偏远，无法从地面进行持续监测。

斯坦福大学地球物理学博士生AakashAhamed说：“我终于可以使用遥感方法来估算流量，而不是依赖分布非常稀疏的流量测量站。”

俄勒冈大学的地表水水文学家SarahCooley监测水库和天然湖泊，以确定气候变化和人类行为如何影响水的储存。她的工作依赖于NASA的ICESat-2卫星激光测高仪，该测高仪每年提供两到四次有关全球227,000个最大湖泊和水库的数据。它是目前可用的最先进的地表水卫星技术。

这即将改变。SWOT将至少每三周返回一次关于多达600万个水体的数据。卫星几乎可以探测到每条至少100英尺宽的河流和每个大于15英亩的湖泊。

“这是一个巨大的差异，”库利说。“想想那会是什么样子，以及我们将如何处理这些数据，实际上有点疯狂。”

SWOT分析还将对科学家监测海洋变化的方式产生巨大影响。

自1992年以来，海平面数据主要由TOPEX/Poseidon和其他卫星高度计系统以及科学家在多个国家、机构和研究机构拼凑的验潮仪网络测量。这些测量仪仅提供任何给定海岸线的零星快照，当暴风雨袭来或涨潮洪水淹没社区时，试图测量潮位的科学家通常依赖最近的潮汐测量仪，而这些测量仪通常在数英里之外。

已经在轨道上的高度计虽然对一代多的海洋学家来说是开创性的，但有一个盲点：它们无法在潮汐线上进行测量。他们能到达的最近距离离岸约6英里;在许多地方，读数距离海岸18英里远。

“我们实际上并不确切知道海岸上发生了什么，”美国宇航局位于拉卡纳达弗林特里奇的喷气推进实验室的研究科学家本杰明哈姆林顿说，他正在指导海平面上升科学任务。“这就是SWOT分析的用武之地。”

这颗新卫星还将测量公海中其他卫星从未能够清晰捕捉到的更微妙的特征。这些较小规模的洋流和环流模式在海洋如何吸收热量以及热量最终流向何处方面发挥着重要但鲜为人知的作用。(值得注意的是，海洋吸收了工业革命以来人类释放的二氧化碳的四分之一以上，以及由此产生的热量的约90%。)

哈姆林顿说，这些知识对于我们理解气候变化至关重要，他也是美国宇航局海平面变化小组的负责人。预计未来几十年沿海洪水的袭击频率和强度会更高，来自SWOT的数据将显着改善社区为未来做准备所依赖的预测。

负责监督美国地质调查局沿西海岸和整个太平洋盆地的气候影响和沿海灾害研究的巴纳德说，卫星技术彻底改变了他的领域。

传统上，研究人员可能会花费数年时间研究一个海滩、湖泊或河谷。然后，科学界会将这项工作拼凑成更大的地球系统难题。

在过去的十年里，巴纳德和他的团队在日本、澳大利亚、新西兰和加拿大招募了科学家，以研究厄尔尼诺现象和不断变化的气候条件如何日益威胁到太平洋盆地的沿海社区。收集和分析来自三大洲48个海滩的数据花费了200,000小时，最终仅占环太平洋沿岸6,200英里沙质海岸线中的124个。

巴纳德说：“现在，如果我们真的愿意，我们每天都可以从太空获得大量信息，而且来自世界任何地方——这真是令人兴奋。”

SWOT不会完全取代实地考察。在任务的最初几年，科学家将需要通过广泛的实地测量来验证其结果。

SWOT将返回的大量数据本身就带来了挑战。存储和处理如此大量的信息本身就是一项重大任务。

这也是令人振奋的。俄勒冈州地表水水文学家库利说，研究人员表示，像SWOT这样的变革性技术不仅为现有问题提供了新的答案，而且还提出了全新的问题。

“作为一名科学家，这真的很令人兴奋，”她说。