美发射土壤水分监测卫星

美国宇航局的SMAP项目将监测地球的土壤湿度。资料来源:美国航天局/JPL

本报讯在全球范围内，土壤保持着地球一小部分水分。然而，这种水仍然是水、碳和能量循环的一个重要方面:它决定了一个地区对干旱和洪水的敏感性，决定了植物能否良好生长并吸收大气中的碳，也决定了地球的变暖和变冷——这是风暴的一个关键驱动因素。然而，在大多数情况下，土壤湿度的监测总是依赖于稀疏地布置在地面上的探测器。美国剑桥麻省理工学院的水文学家达拉·恩特卡比说:“在一个气候模型中模拟三个最大的周期完全是幻想。”

然而，1月29日发射的价值9.16亿美元的美国宇航局土壤水分活动探测器(SMAP)将改变这一切。

SMAP是美国地球科学家的高度优先任务。这项任务将每2到3天生成一张分辨率为10公里的全球土壤湿度地图，从而有助于提高天气预报、洪水预警和干旱监测的准确性。

作为该项目的科学团队负责人，恩特卡比说:“这是人们自早期光学遥感观测以来一直追求的一个重要目标。”

这颗卫星看起来像科幻小说中描述的一个神奇的装置——一个直径6米的碟形天线，在像套索一样的长吊杆上旋转。

据报道，当卫星到达预定轨道时，吊杆将伸展，碟形天线将完全展开。这种碟形天线是由镀金钼带制成的，作为卫星上两个设备的反射器——雷达和辐射计。雷达可以自动工作，也就是说，当发射到碟形天线的脉冲被反射回地球时，来自地面的反射被监测。

与辐射计相比，雷达具有更高的分辨率，但很难穿透植物，而前者可以探测到土壤本身释放的辐射——虽然其分辨率较低，但干扰相对较少。

总的来说，这两个SMAP装置比欧洲航天局(欧空局)的土壤湿度和海洋盐度(SMOS)卫星有很大改进，后者于2009年发射，仅搭载一个辐射计。

位于荷兰诺德魏克的欧洲空间研究和技术中心的项目科学家马蒂亚斯·德鲁什(Matthias Drusch)表示，目前，加拿大气象局和欧洲中期天气预报中心已将SMOS的数据纳入天气预报。他说:“一般来说，这些数据并不关注土壤中的水分。”

然而，德鲁士指出，SMOS的分辨率相当粗糙，从30公里到50公里不等，SMOS团队很难消除军用和民用雷达的干扰。为了避免这个问题，SMAP监控一些狭窄的无线电频段。其中一些频带可能会受到无线电干扰，但所有频带在任何时候都不太可能受到干扰。

来自SMAP的数据将有助于提高美国农业部的干旱预测能力，并为国家气象局的洪水预警提供指导。

与此同时，科学家仍有许多问题需要回答。例如，土壤湿度如何影响暴雨的运行机制？风暴需要大气和对流湿气的结合来驱动风暴云的抬升。潮湿土壤中水分的蒸发会导致一种被称为降水恢复的现象，但也有一种负反馈，因为蒸发会冷却地球，从而抑制驱动对流所需的热量。

恩特卡比指出，风暴可能交替需要长度为10公里的干燥和潮湿土壤——一个是为了增加大气湿度，另一个是为了增加对流能量，SMAP的分辨率可以用来检验这个想法。

据报道，这颗卫星是从加利福尼亚州范登堡空军基地的德尔塔2号火箭发射的。

(赵茜·Xi)

《中国科学报》(国际版，第二版，2015年2月2日)

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