2016年6月14日

分布式溫度傳感系統(tǒng)正安裝在拖拉機(jī)后面的犁剪切設(shè)備上。研究生們在拖拉機(jī)后面檢查設(shè)備插入土壤溝槽情況。

圖片提供：M. H. Cosh

更大圖片，請見：http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/117248.php

　　當(dāng)你閱讀這一段落時(shí)，美國國家航空航天局（NASA）的一顆衛(wèi)星正在軌獲取包括土壤濕度在內(nèi)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。土壤濕度就像地球的一個(gè)溫度計(jì)。土壤濕度影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同時(shí)，也對天氣和氣候產(chǎn)生很大影響。它對地球的影響是如此重要，NASA已經(jīng)將1顆土壤濕度觀測衛(wèi)星送入太空。

　　當(dāng)被地球吸收的時(shí)候，陽光可以為土壤濕度做兩件事：可以蒸發(fā)土壤內(nèi)水分；如果沒有水分，可以溫暖土壤表層。這會影響空氣濕度和土壤正吸收的熱量，從而，改變空氣形態(tài)、天氣和氣候。

　　美國馬里蘭州貝茨維爾農(nóng)業(yè)研究服務(wù)中心水文與遙感實(shí)驗(yàn)室Michael Cosh表示，由于影響如此之大，對土壤濕度進(jìn)行測量成為研究人員的首要任務(wù)之一。土壤濕度影響著作物、天氣、洪水、人類健康，甚至決定著農(nóng)民的耕作時(shí)間。

　　土壤濕度是洪水風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)重要組成部分。如果水落到干燥土壤上，它可以被吸收。但是，如果水落到水分飽和的土壤上，它成為徑流并引發(fā)洪水。土壤濕度一直以來是農(nóng)業(yè)工作最重要的事情。Cosh表示，聽說過植物生長可以沒有土壤，但從沒聽說過植物生長不需要水分。土壤濕度對農(nóng)民來說非常關(guān)鍵。作為一個(gè)從農(nóng)場長大的研究人員，能夠幫助農(nóng)民“更容易的工作”，是非常有意義的。

　　問題是現(xiàn)在存在很多不同的方法、儀器和傳感器，可以用來對土壤濕度進(jìn)行測量，包括NASA土壤濕度主被動探測衛(wèi)星（SMAP）。Cosh的任務(wù)是確保信息準(zhǔn)確。

　　SMAP衛(wèi)星起初計(jì)劃以主動和被動方式工作。被動式傳感器就像1個(gè)相機(jī)，獲取地表數(shù)據(jù)。主動式傳感器發(fā)送雷達(dá)脈沖并收集返回?cái)?shù)據(jù)。很遺憾，主動式傳感器于2015年7月7日停止運(yùn)行。但是，SMAP任務(wù)繼續(xù)使用被動式傳感器繼續(xù)開展工作。

　　顯而易見，衛(wèi)星不能直接從太空測量土壤濕度，但SMAP獲取的信號與地表濕度條件緊密相關(guān)。Cosh提出，衛(wèi)星在對地面特性進(jìn)行實(shí)際測量后，可以用復(fù)雜計(jì)算進(jìn)行土壤濕度估算，會存在一些誤差。Cosh團(tuán)隊(duì)希望幫助NASA減小這些誤差。研究人員將地面濕度實(shí)測結(jié)果與SMAP衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

　　通過使用大量地面觀測儀器，Cosh和他的合作團(tuán)隊(duì)幫助NASA確定衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度。同時(shí)，研究人員確保他們在地面應(yīng)用的方法和儀器測量結(jié)果具有可比性。

　　Cosh解釋，團(tuán)隊(duì)測試不同的儀器，必須將估測數(shù)據(jù)與實(shí)際觀測到的土壤濕度的“真實(shí)”數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。獲得這種“真實(shí)”數(shù)據(jù)在概念上很簡單，但實(shí)際上很困難。需要將從地面中挖出的土壤樣品進(jìn)行稱重，放在烤箱里加熱蒸發(fā)水分，并再次進(jìn)行稱重。

　　兩次重量的差異值表明土壤水分的蒸發(fā)量。使用儀器來測量土壤水分容易得多，但這必須密切反映真實(shí)的測量值，這就是Cosh團(tuán)隊(duì)正在努力測試的事情。

　　Cosh表明，土壤濕度觀測領(lǐng)域正努力建立儀器安裝和數(shù)據(jù)獲取工作指南，研究人員正在討論建設(shè)一個(gè)國家土壤濕度數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目。希望所有研究人員討論的問題是一致的。

　　使用衛(wèi)星獲取土壤濕度數(shù)據(jù)引出一個(gè)問題：研究人員是否可以在其他行星測量土壤濕度？雖然Cosh表示目前沒有計(jì)劃，但是地球觀測信息可以幫助NASA探索其他行星。Cosh提出，如果目標(biāo)定位于另一星球，研究人員會利用地球?qū)嶒?yàn)中積累的知識幫助解釋另一個(gè)星球上的發(fā)生的情況。

　　原文題目：Helping satellites be right as rain

　　資料來源：http://ftp.sciencecodex.com/helping_satellites_be_right_as_rain-183960

　　（王化編譯,殷永元審核）