NASA的飛行任務(wù)。圖片來源：NASA官網(wǎng)

提起美國國家航空航天局(NASA)，人們首先想到的是仰望星空、探索宇宙。其實(shí)，它有時(shí)也會立足空天、俯瞰地球。

日前，NASA披露，其“地球風(fēng)險(xiǎn)等級項(xiàng)目”將在2020年資助五大飛行任務(wù)，利用先進(jìn)的航空技術(shù)，探索從美國東海岸的暴風(fēng)雪到西海岸的海洋漩渦等影響人類生命和環(huán)境的地球變化奧秘。

云層采樣輔助暴雪預(yù)測

人口稠密的美國東海岸冬季暴風(fēng)雪頻發(fā)，經(jīng)常導(dǎo)致道路關(guān)閉和企業(yè)停工，并嚴(yán)重威脅人類安全。然而，暴風(fēng)雪的云層形成過程難以從太空精確測量，致使對降雪的預(yù)報(bào)精度很差。

為此，NASA將從明年1月開始“威脅大西洋海岸暴風(fēng)雪的微物理和降水研究”項(xiàng)目，使用“ER-2”高空飛機(jī)和“P-3”云層取樣飛機(jī)進(jìn)入相關(guān)區(qū)域飛行，精確研究雪在云層中的分布，彌補(bǔ)衛(wèi)星數(shù)據(jù)不足，改進(jìn)天氣預(yù)報(bào)模型。

項(xiàng)目首席研究員、華盛頓大學(xué)副教授林恩·麥克默迪表示，當(dāng)人們看到大片云層照片時(shí)，會認(rèn)為那里到處都在下雪，但事實(shí)并非如此。云層內(nèi)部存在狹長的強(qiáng)烈降雪帶。我們試圖了解它們?yōu)槭裁葱纬?，及其如何隨著風(fēng)暴的發(fā)展而演變，以更好地預(yù)測地面上的降雪分布。

空中測量解碼海洋漩渦

在氣候和海洋生態(tài)中，被稱為旋渦的環(huán)狀水流促進(jìn)了海洋和大氣之間的熱量交換及上層海洋中營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣等溶解氣體的垂直輸送。大尺度渦旋直徑達(dá)數(shù)百公里，而亞中尺度渦旋大小則從1公里到10公里不等，目前的海洋監(jiān)測衛(wèi)星無法對其詳細(xì)觀測。

NASA將在明年4月開始“亞中尺度海洋動力學(xué)實(shí)驗(yàn)”，派出“空中之王”“灣流五號”等飛機(jī)和“海洋號”研究船，搭載一系列的自主平臺和研究人員，到舊金山海岸200英里外測量不同時(shí)間和空間尺度上的海洋溫度、鹽度和水流速度等。

據(jù)報(bào)道，這些漩渦對上層海洋具有重要的長期影響，但它們的預(yù)測對模擬過程中的小細(xì)節(jié)非常敏感。伍茲霍爾海洋學(xué)研究所的海洋物理學(xué)家托馬斯·法拉爾表示，該項(xiàng)目可以幫助我們進(jìn)一步改進(jìn)預(yù)測模型。

遙感評估海面上升威脅

在美國，有成百上千萬人依賴沿海三角洲生活。那里充當(dāng)著魚類、甲殼類動物和其他動物的“托兒所”，并保護(hù)內(nèi)陸基礎(chǔ)設(shè)施免受颶風(fēng)和海嘯的襲擊。然而，世界上大多數(shù)三角洲都可能在海平面上升中消失。

NASA將開展“三角洲-X”任務(wù)，詳細(xì)研究密西西比河三角洲，了解其哪些區(qū)域可能消失，哪些地區(qū)能夠幸存。事實(shí)上，如果有足夠的沉積物，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的科學(xué)家們將使用“空中之王”“灣流”等飛機(jī)，搭載先進(jìn)遙感儀器，對水流進(jìn)行實(shí)地測量，以確定泥沙將在哪里沉積。同時(shí)，科學(xué)家們還將對植物分解產(chǎn)生的有機(jī)土壤的數(shù)量進(jìn)行量化研究。

NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的“三角洲-X”首席研究員馬克·西瑪?shù)抡f：“這些新數(shù)據(jù)將有助于我們了解并減緩海平面上升對三角洲上重要海岸資源的影響。”

實(shí)地研究海洋邊界層云

海洋邊界層云覆蓋了地球海洋的大片區(qū)域，在研究地球能量平衡和水循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。例如在全球變暖模型中，云的變化仍然是最大的不確定因素之一。

NASA將在明年2月開始“西大西洋上空氣溶膠—云—氣象學(xué)相互作用實(shí)驗(yàn)”研究，派出兩架飛機(jī)攜帶大量遙感和測量儀器，相互配合執(zhí)行飛行任務(wù)，其中一架代號“獵鷹”，另一架是“空中之王”，飛行區(qū)域主要集中在北大西洋西部。

“盡管之前實(shí)施了許多實(shí)地調(diào)查，但我們還沒有在各種條件下進(jìn)行全面測量，得出關(guān)于氣溶膠、云和氣象學(xué)之間相互作用對氣候影響的明確結(jié)論。”項(xiàng)目主要研究者、亞利桑那大學(xué)阿明·索羅希安說，通過這項(xiàng)研究，我們打算解決這一問題，并為國際科學(xué)界提供今后數(shù)年和數(shù)十年可以使用的數(shù)據(jù)。

高空探查大氣風(fēng)暴影響

夏季，美國中部經(jīng)常出現(xiàn)強(qiáng)烈風(fēng)暴。當(dāng)風(fēng)暴變得足夠高時(shí)，它們會超過對流層，并將水蒸氣和污染物注入平流層，從而顯著改變其化學(xué)成分，甚至可能會對平流層臭氧產(chǎn)生負(fù)面影響。

2020年的夏季，NASA將開展“夏季平流層的動力學(xué)和化學(xué)”項(xiàng)目，利用氣象衛(wèi)星和地面雷達(dá)測量過強(qiáng)風(fēng)暴(overshooting storms)，并利用“ER-2”高空飛機(jī)收集測量數(shù)據(jù)。據(jù)悉，該飛機(jī)足以飛到7萬英尺(超過2萬米)，遠(yuǎn)高于大多數(shù)飛機(jī)的飛行高度。

“該項(xiàng)目是第一個(gè)專門觀測被強(qiáng)風(fēng)暴提升到平流層的物質(zhì)的科學(xué)任務(wù)。”來自德克薩斯農(nóng)工大學(xué)的首席研究員肯·鮑曼說，通過使用“ER-2”飛機(jī)直接測量風(fēng)暴流出量，我們可以研究這些風(fēng)暴如何影響今天的平流層，以及這種影響如何隨著未來幾十年的大氣變化而變化。(胡定坤)