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国际卫星追踪小洋流的影响

导读 地表水和海洋地形学任务将探索海洋如何吸收大气热量和碳,减缓全球温度和气候变化。尽管气候变化正在推动海平面随着时间的推移而上升,但研

地表水和海洋地形学任务将探索海洋如何吸收大气热量和碳,减缓全球温度和气候变化。

尽管气候变化正在推动海平面随着时间的推移而上升,但研究人员还认为,海洋中不同地方的表面高度差异会影响地球的气候。这些高低与洋流和漩涡、海洋中的漩涡河流有关,这会影响海洋吸收大气热量和碳的方式。

进入地表水和海洋地形 (SWOT) 任务,这是 NASA 和法国航天局国家空间研究中心 (CNES) 的共同努力,加拿大航天局 (CSA) 和英国航天局也做出了贡献。SWOT 于 2022 年 11 月启动,将收集有关海洋高度的数据,以研究比以前可探测到的小五倍的洋流和涡流。它还将收集有关淡水湖泊和河流的详细信息。

以相对较小的尺度观察海洋将有助于科学家评估其在减缓气候变化方面的作用。作为地球上最大的大气热量和碳储存库,海洋吸收了 90% 以上的人为温室气体排放所捕获的热量。

这种热量的大部分持续吸收——以及产生热量的过量二氧化碳和甲烷——被认为发生在直径不到 60 英里(100 公里)的洋流和涡流周围。与墨西哥湾流和加利福尼亚洋流等洋流相比,这些水流很小,但研究人员估计,总的来说,它们将多达一半的热量和碳从地表水转移到海洋深处。

更好地理解这一现象可能是确定海洋从人类活动中吸收热量和碳的能力是否存在上限的关键。

“海洋开始向大气释放大量热量并加速全球变暖而不是限制它的转折点是什么?” 华盛顿 NASA 总部的 SWOT 项目科学家 Nadya Vinogradova Shiffer 说。“SWOT 可以帮助回答我们这个时代最关键的气候问题之一。”

现有的卫星无法探测到更小尺度的电流和涡流,从而限制了对这些特征如何相互作用以及如何与更大规模流动相互作用的研究。

马萨诸塞州法尔茅斯伍兹霍尔海洋研究所的 SWOT 海洋学科学负责人 J. Thomas Farrar 说:“在那里,我们将从对小尺度的更好观察中学到很多东西。”

除了帮助研究人员研究小洋流对气候的影响外,SWOT “看到”地球表面较小区域的能力将使其能够沿海岸线收集更精确的数据,那里的海平面上升和洋流的流动会对陆地产生直接影响生态系统和人类活动。

例如,较高的海平面会导致风暴潮渗透到更远的内陆。此外,海平面上升加剧的洋流可能会增加海水对三角洲、河口和湿地以及地下水供应的入侵。

“在公海,吸收热量和碳的整个现象将在未来几年影响人类,”宇航局南加州喷气推进实验室的 SWOT 项目科学家 Lee-Lueng Fu 说。“但在沿海水域,海流和海平面的影响会持续数天或数周。它们直接影响人类生活。”

那么测量海洋高度将如何导致更好地了解洋流和涡流呢?

研究人员使用点之间的高度差(称为斜率)来计算电流的运动。数学解释了地球的引力,它把水从高处拉到低处,而地球的自转,在北半球,使水流在高点顺时针弯曲,在低点周围逆时针弯曲。效果在南方正好相反。

数百英里宽的洋流系统围绕着广阔的海洋流动。在此过程中,较小的电流和涡流会分离并相互作用。当它们聚集在一起时,它们将水从地表向下推到更冷的深处,从大气中带走热量和碳。当那些较小的水流和涡流分开时,来自较冷深度的水会上升到地表,准备再次吸收热量和碳。

这种热量和碳的垂直运动也发生在涡流本身。在北半球,顺时针涡流产生向下流动,而逆时针涡流产生向上流动。相反的情况发生在南半球。

填补空白

通过测量小至 0.16 英寸(0.4 厘米)增量的海洋高度及其坡度,SWOT 的两个 Ka 波段雷达干涉仪 (KaRIn) 天线将帮助研究人员识别小至 12 英里(20 公里)的洋流和涡流.

SWOT 还将采用最低点高度计,这是一种较旧的技术,可以识别宽约 60 英里(100 公里)的洋流和涡流。天底高度计将直接指向下方并在一维中获取数据,KaRIn 天线将倾斜。这将使 KaRIn 天线能够以二维方式扫描地表,并协同工作,以比单独的最低点高度计更精确地收集数据。

“目前,为了从一维线获得二维视图,我们采用所有一维线并估计它们之间发生的情况,”地球物理实验室 SWOT 海洋学科学负责人 Rosemary Morrow 说et Océanographie Spatiales 在法国图卢兹。“SWOT 将直接观察间隙中的内容。”

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