空间科学如何帮助我们应对气候变化？

为了庆祝世界空间周，我们来看看空间科学是如何帮助我们理解并采取行动应对气候变化的。

当你想到太空研究时，气候变化可能不是你首先想到的。你更有可能想象宇航员在国际空间站周围漂浮，或者工程师设计出可以穿越火星的漫游车。

美国国家航空航天局和欧洲航天局等组织在地球轨道上共有150多颗卫星。他们正在观察海洋、陆地、冰层、大气和生物圈。

在世界空间周，我们关注空间科学在帮助我们应对气候变化方面所做的工作。

我们怎么知道地球正在变暖呢?

2015年，全球196个国家签署了《巴黎协定》。这项开创性的立法在法律上迫使各国政府控制碳排放，将全球变暖限制在2°C以内。

这一事件之所以会发生，是因为科学家们有明确的证据表明全球气温在上个世纪以前所未有的速度上升。

但是科学家们怎么知道地球正在变暖呢?

今天，在距离地球表面数百英里的高空，一个庞大的卫星网络正在收集地球气候系统的数据。这些卫星可以准确测量我们的海洋、陆地和大气的温度。

然而，情况并非总是如此。第一个证明地球正在变暖的人实际上是一个名不见经传的业余科学家，名叫盖伊·卡伦达。

1938年，卡伦达煞费苦心地收集了世界各地147个气象站的记录。他发现，在过去的50年里，全球气温上升了0.3摄氏度。

然而，当时他的发现在很大程度上被以下群体忽视了：

1. 政府

2. 行业

3. 甚至是其他行业科学家。

直到卫星的出现，卡伦达的测量结果才得到证实，世界开始注意到这一点。

卫星观测的新时代

第一颗精确测量地球大气温度的卫星是美国宇航局1969年发射的Nimbus III。

如今的卫星能够进行更为精密的测量。在英国，科学家们在测量全球表面温度方面取得了巨大的进步。RAL空间公司位于牛津郡迪科特附近的科学技术设施委员会（STFC）卢瑟福阿普尔顿实验室。

自1980年以来，RAL Space的科学家们帮助开发和校准了一系列仪器，这些仪器可以准确测量海洋和陆地表面温度。

这始于跟踪扫描辐射计（ATSR）系列。这些都安装在欧洲航天局的卫星上：

1. ERS-1

2. ERS-2

3. Envisat

在Envisat卫星于2012年退役后，RAL空间公司为哨兵卫星开发了海陆表面温度辐射计（SLSTR）。

这些卫星是欧盟哥白尼地球观测计划的一部分，该计划为我们提供了地球气候变化的前所未有的画面。

目前轨道上有两台SLSTR仪器，它们加在一起可以在一天内覆盖几乎整个地球。

校准的重要性

设计、建造、测试和校准卫星仪器需要做很多工作。

STFC RAL Space的研究科学家Hugh Mortimer博士解释了为什么校准特别重要。因为它对美国航天局和欧洲航天局获取的数据会造成影响。

你无法在空间中进行调整

不像汽车可以在车库里维修，一旦仪器被绑在火箭上发射到太空，你就不能调整它。因此，为了确保仪器能正常运作，需要做大量的准备工作。

负责这项工作的科学家之一是Caroline Cox博士，她是RAL空间地球观测和大气科学部的研究科学家。

进行精确测量

对红外光敏感的SLSTR探测器需要冷却才能进行精确的测量。

一旦投入使用，RAL空间的科学家将继续校准仪器，将其与从地面取得的测量结果进行比较。

对于陆地测量，科学家将进入实地，将传感器对准树木、草地和土壤。

然后，他们将把测量结果与卫星在头顶运行时的测量结果进行比较。

对于海洋，研究人员在玛丽皇后2号远洋客轮上安装了一个辐射计。这艘船在航行时测量海洋的温度。然后将这些数据与卫星测量结果进行比较。

下一代的气候观测

这项工作从来没有停止过，RAL空间科学家目前正在准备和测试即将发射的两种新的SLSTR仪器。

随着即将到来的发射，研究人员现在有了大约40年的海洋表面温度数据。这对于理解长期趋势至关重要。

然而，它在未来也会有所帮助，因为我们可以利用这些数据来了解净零政策对气候变化的影响。

扑灭森林火灾

地球观测卫星不仅能帮助我们监测全球变暖。它们还以其他方式帮助我们应对气候变化。

一种方法是通过监测森林火灾。气候变化使野火更加普遍。例如，去年10月的森林火灾数量是预计同期的5倍。

从澳大利亚到希腊，从加利福尼亚到西伯利亚：今年野火席卷了城镇和村庄，给成千上万的人带来了痛苦。

近实时卫星观测

在2019年至2020年澳大利亚东部的野火期间，RAL空间和利兹大学的科学家密切关注该地区的近实时卫星观测。

除了可见的烟雾外，研究小组还追踪到了以下微量气体：

1. 一氧化碳

2. 甲烷

3. 甲醇

这些气体对人类和野生动物都是有毒的。

该团队能够证明一氧化碳羽流一直在南半球传播，到达南美洲，然后穿过南大洋回到澳大利亚西海岸。

对空气质量的连锁反应

研究表明，森林火灾会对世界各地的空气质量产生连锁反应。

卫星数据也可用于更直接地扑灭森林火灾，正如Hugh Mortimer所解释的那样：

1. 哨兵卫星的探测器对明亮的信号非常敏感。

2. 仪器会自动将这些信号识别为地面上的火灾。

3. 这使我们能够立即与森林管理人员和消防员合作，将这些资源引导到需要的地方。

例如，我们可以告诉森林管理人员在火灾发生前切断防火带，或者我们可以告诉消防员去哪里以及火势蔓延到哪里。

改善森林健康状况

除了灭火之外，卫星数据还可用于测量森林的健康状况。

这是因为树木发出的特定波长的光揭示了很多：

1. 它有多健康

2. 是否感染了某种疾病

3. 这种疾病传播到其他树木的可能性。

这一点很重要，因为我们的森林是对抗气候变化的重要武器。健康的树木从大气中吸收二氧化碳，但患病的树木可以释放二氧化碳。

了解哪种类型的树木最健康、最健壮，将有助于环保机构做出明智的决定，决定在哪里种植哪种树木。

这些只是空间科学帮助我们理解和减轻气候变化影响的一些方法。然而，还有更多的例子。