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“日夜相连”传感器 观地球夜间如白昼

房琳琳

2015年06月16日09:44    来源:科技日报    手机看新闻
原标题:“日夜相连”传感器 观地球夜间如白昼

  ■新视野

  没有人喜欢黑暗笼罩周身,特别是当危险发生的时候。

  当夜幕覆盖大陆或海洋,科学家和预报员会突然失去可见光范围内的卫星图像——包括旋转中的风暴、令人窒息的野火、威胁船只的大块海冰等重要信息。

  一个名为“日夜相连”(DNB)的新型传感器开始填补这些空白,它的全名是“部分可见红外成像辐射计套件”,随美国发射的Suomi-国家极地轨道伴随卫星(NPP)飞行在地球上方的轨道中。

  “日夜相连”能耐几何?

  “日夜相连”十分敏感,甚至能测量到单独一个路灯微弱的光,或者漆黑大西洋面孤船甲板上若隐若现的光,再或者北达科他州广阔油田闪耀的气体余晖。即使在没有月亮的夜晚,它依然能借助大气微弱暗淡的光线辨别出云彩和雪原。

  过去3年中,传感器研究人员目睹了地球力量的迷人之处——含有巨大能量的海浪因猛烈雷暴被裹挟进大气层。他们还提高了向居民预报飓风路径的能力,帮助消防员监测变化的致命烟雾,还可以指导迷失方向的船远离移动的海冰。

  此外,科学家开始安装了一种软件来分析“日夜相连”获得的数据,通过明确特定夜晚月光照射量来协助测量云层的反射,进而来判断云层含有多少水分。预报人员能利用这些信息来预测多少云量会影响地面夜间温度,并协助飞行员避免遭遇飞机结冰险境。数据还能提高高纬度地区日常天气预报的准确度,这些地区承受数月长极夜现象,一直缺乏有效的、关键的夜间天气变化信息。

  飓风逃不过它的眼睛

  明确知道飓风眼的位置很重要,因为大多数强风和风暴在那附近发生。这能更准确地追踪能拯救生命,影响当地紧急情况下管理人员的疏散工作,甚至能提前优化部署安全人员和灾难救济资源以节省数百万美元资金。

  2013年7月28日,弗洛西飓风在夏威夷岛附近盘旋。天气预报员密切跟踪了它的行动图片,但夜幕降临,他们失去了“视力”。卫星搭载的红外传感器显示,高卷云出现在风暴的低纬度循环中心。当夜晚来临,天气预报员却因为一种可能显现的“日出惊喜”而变得越来越不舒服,当他们认为正在正确地跟踪夜间飓风路径的时候,随着太阳升起,才发现因为高层风的影响,飓风中心已经变得“云深不知处”了。

  幸运的是,这颗携带了“日夜相连”传感器的卫星在凌晨从头顶飞过,它恰好透过高高的、薄薄的云层,窥视到了飓风附近地面环流。图片显示,风暴中心比预计的还偏向北部一些,对该岛屿的威胁大幅减少。美国国家气象局预报办公室的预报人员凌晨5时紧急通知急救人员修正了风暴路径,阻止了不必要的撤离。

  细致入“微”海上救援

  “齐斯卡海号”渔船是白令海峡捕蟹船队的美国成员。2014年2月,强烈的北风袭击白令海中心区,快速将自由漂浮的海冰吹向了船队部署地点。2月10日,“齐斯卡海号”在最北侧,船员与国家海洋天气服务海冰项目组织联络,询问附近150多块双人床大小的海冰可能带来的影响。

  天气服务机构确认海冰正在入侵。“齐斯卡海号”继续前进,并与海冰项目组织保持着联络。但2月13日,该船只发现已全部被海冰包围了,其中一些冰块厚度甚至超过3英尺。为了避免被海冰倾覆或挤碎,“齐斯卡海号”必须尽快逃离,但是短暂的白天和没有月亮的夜晚让导航无能为力。

  海冰项目组织利用“日夜相连”传感器数据找到了海船的灯光,进行了准确定位。传感器还通过大气层中微弱的夜光描绘出当前海冰的边缘。借助这种经过细微调试的信息,天气服务人员帮助船员制作出安全到达西南海岸的路径,逃离了海冰的包围。

  穿透烟幕定位“火线”

  因为多年的干旱,野火在美国西部升腾。消防队员白天与猛烈的大火战斗,但常常在一夜之间丢失了阵地,很难再追踪危险的烟雾和被烟雾模糊了的防火线。野火还随着变化的风速风向将消防人员置于险境。烟气温度迅速冷却,羽毛般的小颗粒让红外传感器几乎在晚上失明。

  由于温度降低,湿度较大,晚上扑灭大火的工作令人沮丧。弱光传感器就能帮上忙,正如这张2013年加利福尼亚Rim火场的图片所示。首先,当月光可用时,传感器通常显示出清晰的烟羽,给救火人员提供值得信赖的警告;其次,传感器能精确地指出火线所在,包括任何细小的曲线。羽流图还包含附近近地风可能煽风点火的宝贵信息,能协助消防员做出从哪个方向继续灭火的正确决策。

  锁定大气层“夜辉”涟漪

  在没有月亮的晚上,即使没有任何灯光,你仍然能在黑色的夜空中看到自己含糊不清的手的剪影。这是大气层中复杂化学反应发出的微弱光所致。

  国际空间站宇航员定期记录下这种“夜辉”,但其详细构造却一直不得而知。“日夜相连”研究人员在意识到“夜辉”可能在雷雨附近出现的时候大吃一惊——图片中的发光显现出很有特色的涟漪。雷暴中释放的能量向大气层上方传播波,当这些波达到55到60英里的高空后,会在一两个小时以后搅动“夜辉”层,制造出发光的同心圆。2014年德克萨斯州巨大雷暴中,传感器捕捉到了这种效果。

  这种波还携带着能够驱动上层大气循环的能量。“日夜相连”探测波和涟漪的能力填补了上层大气动力学的研究空白,帮助研究人员更好地预测天气并理解气候变化。

  基于地表的观测还能把“夜辉”与大地震联系起来,包括2011年日本东北地区发生的海啸,地震运动也向大气层传递向上的压力波。“日夜相连”能帮助科学家通过跟踪海洋上方的大气层涟漪来确认海啸。

  一个“日夜相连”不够用

  现在只有一个“日夜相连”高高在上。由美国国家海洋和大气管理局操控的、500英里高轨道上空的Suomi-NPP卫星,因与太阳同步,只能在当地时间下午13时30分或上午1时30分经过给定地点。如果它能放在静止轨道卫星上,科学家就能像电影那样连续记录地球光照而非定点拍照了。

  “夜视平台”是美国国家海洋和大气管理局(NOAA)计划在2030年发射升空的地球静止操作环境系列卫星。如果能携带像“日夜相连”这样的传感器,研究者能够明确陆地和海洋光线变化的特质,还能日夜不间断地监测云层、降雨、浮油、大火、烟雾、沙尘暴、火山和海冰,甚至还能跟踪在非法区域钓鱼的船只,帮助定位失事飞机。

  2014年7月24日,搭载110名乘客和6名机组人员的阿尔及利亚航空公司飞机在飞行员请求改变航线逃离雷雨区域后坠毁,机上无人幸免。携带“日夜相连”传感器的Suomi-NPP卫星恰巧在失事的几分钟内穿越坠毁地点上空。它捕捉到了强大雷暴闪电发出的光,地点恰好与失事地点吻合,与此同时,它还捕捉到了飞机遗骸爆炸发出的光。

  要从这场悲剧中吸取一丝希望,那就是在未来用恰如“日夜相连”这样的低光传感器覆盖整个地球,测量一个区域每隔几分钟就会有所更新,这样能够指导搜索和救援队迅速进入指定地区,也许,能为拯救生命赢得宝贵的时间。

(责编:许景(实习生)、赵竹青)


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