2025-01-04
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一顆地球衛(wèi)星可以看到進(jìn)行光合作用的浮游生物。 另一顆衛(wèi)星測(cè)量水面高度。 這些數(shù)據(jù)共同揭示了海洋生物和海洋是如何相互交織在一起的。NASA 的 SWOT 和 PACE 任務(wù)為了解海洋作為氣候引擎和生命支持系統(tǒng)的作用提供了前所未有的見(jiàn)解。 通過(guò)將 SWOT 的物理測(cè)量與 PACE 的生物觀測(cè)相結(jié)合,科學(xué)家們可以更好地了解海洋動(dòng)力學(xué)如何影響海洋生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)和碳循環(huán)。
地表水和海洋地形衛(wèi)星(SWOT)旨在對(duì)地球表面水域進(jìn)行首次全球調(diào)查,收集地球上水體隨時(shí)間變化的詳細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù)。 圖片來(lái)源:NASA/JPL-Caltech
海洋是一個(gè)強(qiáng)大的引擎,它不僅影響著地球的天氣和氣候,還支持著地球上的許多生命。 美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的浮游生物、氣溶膠、云層、海洋生態(tài)系統(tǒng)(PACE)任務(wù)和國(guó)際地表水與海洋地形學(xué)(SWOT)衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)制作了一個(gè)新的動(dòng)畫(huà),讓我們一窺這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)是如何工作的。
海洋是驅(qū)動(dòng)地球天氣模式和氣候的引擎,并維系著地球上的大部分生命。 美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的浮游生物、氣溶膠、云層、海洋生態(tài)系統(tǒng)(PACE)衛(wèi)星和國(guó)際地表水與海洋地形(SWOT)衛(wèi)星最近發(fā)射了兩項(xiàng)任務(wù)。
物理過(guò)程,包括被稱為漩渦的局部漩渦水團(tuán)和水的垂直運(yùn)動(dòng),可以推動(dòng)海洋中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)。 反過(guò)來(lái),這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)又決定了被稱為浮游植物的微小漂浮生物的位置和濃度,浮游植物可以進(jìn)行光合作用,將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為食物。 自地球形成以來(lái),這些生物不僅提供了地球上大約一半的氧氣,還支持著具有重要經(jīng)濟(jì)意義的漁業(yè),并幫助將碳從大氣中吸走,鎖在深海中。
美國(guó)國(guó)家航空航天局的 PACE(浮游生物、氣溶膠、云層、海洋生態(tài)系統(tǒng))航天器在地球上空運(yùn)行。 圖片來(lái)源:NASA GSFC
供職于華盛頓的NASA總部地球科學(xué)部主任卡倫-圣杰曼(Karen St. Germain)說(shuō):我們看到了巨大的機(jī)遇,可以大大加快我們對(duì)海洋及其在地球系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用的科學(xué)理解。這個(gè)可視化展示了當(dāng)我們開(kāi)始整合SWOT和PACE海洋任務(wù)的測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí),我們所擁有的潛力。 這兩項(xiàng)任務(wù)本身都很重要。 但是,將它們的數(shù)據(jù)--SWOT 的物理學(xué)數(shù)據(jù)和 PACE 的生物學(xué)數(shù)據(jù)--結(jié)合在一起,我們就能更好地了解海洋正在發(fā)生什么、如何變化以及為什么變化。
由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和法國(guó)國(guó)家空間研究中心(CNES)合作研制的SWOT衛(wèi)星于 2022 年 12 月發(fā)射升空,用于測(cè)量地球表面幾乎所有水域的高度。 它提供了迄今為止最詳細(xì)、最全面的行星海洋及其淡水湖、水庫(kù)和河流的視圖。
NASA 的 PACE 衛(wèi)星于 2024 年 2 月發(fā)射,用于探測(cè)和測(cè)量海洋中浮游植物群落的分布。 它還提供有關(guān)地球大氣中被稱為氣溶膠的微小顆粒的大小、數(shù)量和類型,以及云的高度、厚度和不透明度的數(shù)據(jù)。
NASA總部SWOT和綜合地球系統(tǒng)觀測(cè)站項(xiàng)目科學(xué)家Nadya Vinogradova Shiffer說(shuō):整合NASA地球系統(tǒng)觀測(cè)站及其探路者任務(wù)SWOT和PACE的信息是地球科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)令人興奮的新領(lǐng)域。
該動(dòng)畫(huà)展示了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的 PACE 衛(wèi)星和國(guó)際 SWOT 衛(wèi)星在北大西洋某區(qū)域上空拍攝的數(shù)據(jù)。 PACE 拍攝到了 2024 年 8 月 8 日的浮游植物數(shù)據(jù);上面分層顯示的是 2024 年 8 月 7 日和 8 日拍攝的 SWOT 海平面數(shù)據(jù)。 資料來(lái)源:美國(guó)國(guó)家航空航天局科學(xué)可視化工作室物理學(xué)與生物學(xué)的結(jié)合
上面的動(dòng)畫(huà)首先描述了 SWOT(橙色)和 PACE(淺藍(lán)色)的軌道,然后放大到北大西洋。 第一個(gè)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)是 PACE 于 8 月 8 日獲取的。 它顯示了葉綠素-a的濃度,葉綠素-a是植物和浮游植物光合作用的重要色素。 淺綠色和黃色表示葉綠素-a 的濃度較高,藍(lán)色表示濃度較低。
接下來(lái)是來(lái)自 SWOT 的海面高度數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)是在 8 月 7 日和 8 日期間多次飛越同一區(qū)域時(shí)拍攝的。 深藍(lán)色代表海面高度低于平均值,深橙色和紅色代表海面高度高于平均值。 SWOT 數(shù)據(jù)顏色褪去后留下的等高線表示具有相同高度的海洋區(qū)域,就像地形圖上的線條表示具有相同海拔高度的區(qū)域一樣。
底層的 PACE 數(shù)據(jù)會(huì)循環(huán)顯示幾組浮游植物,首先是微小核藻。 綠色越淺,表示該類浮游植物的濃度越高。 最后兩類是藍(lán)藻--海洋中體積最小、數(shù)量最多的浮游植物,分別稱為原綠球藻(Prochlorococcus)和中綠球藻(Synechococcus)。 對(duì)于 Prochlorococcus 而言,較淺的覆盆子色代表較高的濃度。 對(duì) Synechococcus 而言,淺茶色表示藍(lán)藻數(shù)量較多。
動(dòng)畫(huà)顯示,8 月 8 日浮游植物濃度較高的區(qū)域往往與水位較低的區(qū)域重合。 北半球逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的渦流往往會(huì)將海水從其中心吸走。 這導(dǎo)致中心海面高度相對(duì)較低,從而從深海吸入溫度較低、營(yíng)養(yǎng)豐富的海水。 這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就像肥料一樣,可以促進(jìn)表層陽(yáng)光照射水域中浮游植物的生長(zhǎng)。
由于浮游植物是海洋中大多數(shù)食物鏈的基礎(chǔ),SWOT 和 PACE 數(shù)據(jù)的重疊有助于更好地了解海洋動(dòng)力學(xué)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的聯(lián)系,從而有助于改善漁業(yè)等資源管理。 整合這類數(shù)據(jù)集還有助于改進(jìn)對(duì)大氣與海洋之間碳交換量的計(jì)算。 反過(guò)來(lái),這也能說(shuō)明海洋中吸收過(guò)量大氣碳的區(qū)域是否正在發(fā)生變化。
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