2017年6月5日

美國噴氣推進實驗室(JPL)研制開發(fā)的DopplerScatt雷達將安放至King Air B200飛機底部。

圖片提供：NASA / JPL-Caltech

　　洋流和風(fēng)形成一個連續(xù)反饋圈：風(fēng)吹過海洋表面，形成洋流；同時，這些由熱水或冷水形成的洋流對風(fēng)速產(chǎn)生影響。

　　這種微妙的相互作用對于了解全球氣候變化至關(guān)重要。對洋流和風(fēng)的互動進行數(shù)據(jù)收集也可以幫助人們進行石油泄漏跟蹤、船舶航線規(guī)劃以及對海洋與漁業(yè)生產(chǎn)力關(guān)系的認知。

　　諸如美國航空航天局（NASA）的QuickScat和RapidScat衛(wèi)星儀器設(shè)備已經(jīng)分別對洋流、或風(fēng)速等要素進行測量。然而，由位于加州帕薩迪納NASA噴氣推進實驗室（JPL）開發(fā)的一項新的機載雷達儀器能夠?qū)烧咄瑫r進行測量。

　　稱為DopplerScat的儀器是一個可以對海洋表面進行聲脈沖（pings）的旋轉(zhuǎn)雷達，能夠進行多方向即時測量。這是對先前技術(shù)的一次增強，原先的技術(shù)最多從一個或兩個方向同時測量洋流，無法象這一新工具那樣對海面其他屬性進行完全觀測。

　　JPL該儀器開發(fā)負責(zé)人Ernesto Rodriguez指出，這些監(jiān)測將使DopplerScat成為未來衛(wèi)星任務(wù)的有益補充。

　　Rodriguez 表示，DopplerScatt提供了前所未有的風(fēng)和洋流同步觀測能力。通過對大幅寬觀測結(jié)果連結(jié)，現(xiàn)在可以基于高分辨率獲得海洋和大氣相互作用快照，這種結(jié)果用之前的觀測工具是做不到的。

　　在JPL進行DopplerScatt開發(fā)的經(jīng)費來自JPL地球科學(xué)技術(shù)辦公室。與高速公路測速槍一樣，它可以對地物反射雷達信號進行多普勒效應(yīng)測試。當(dāng)目標物體靠近或遠離時，它監(jiān)測到這些變化，計算出速度和軌跡。

　　這些測量結(jié)果與散射儀的海洋表面反射雷達信號測量數(shù)據(jù)相結(jié)合。雷達觀察到的“散射”越多，波浪粗糙度越大。通過粗糙度和波浪方向，可以計算風(fēng)速和風(fēng)向。

　　2016年完成2個場站測試之后，今年4月，在DopplerScatt團隊與幾個研究機構(gòu)進行墨西哥灣北部海岸外科學(xué)研究時，找到了DopplerScatt的理想試驗場。

　　稱作SPLASH（Submesoscale Processes and Lagrangian Analysis on the Shelf）的研究計劃，關(guān)注石油溢出和泄漏跟蹤。由環(huán)境中碳氫化合物運移高級研究聯(lián)盟（CARTHE）牽頭，一個研究小組專注于這些泄漏對環(huán)境產(chǎn)生影響問題。

　　SPLASH的設(shè)計主要用來對墨西哥灣的石油漂浮物進行觀測，被沖上沙灘，還是影響密西西比河口的水質(zhì)。CARTHE團隊研究依賴于“漂流器（drifters）”——附有GPS控制單元的環(huán)狀漂浮物。

　　作為CARTHE團隊成員之一的美國海軍研究實驗室，提供高分辨率計算機模型，預(yù)測洋流和漂流器的位置流向。

　　在加入JPL DopplerScatt團隊后，Rodriguez和首席研究員Dragana Perkovic-Martin發(fā)現(xiàn)一個證明JPL技術(shù)價值的機會。漂流器和建模一起，可以提供DopplerScatt測量結(jié)果的獨立驗證方法，同時，提供他們自己獨有的數(shù)據(jù)集。

　　漂流器存在一些限制因素，只能以幾天時間尺度對稀疏區(qū)域進行有限的海洋數(shù)據(jù)收集。而固定在King Air B200飛機底部的DopplerScatt，只要通過一次航空飛行，可以同時對一大片區(qū)域的海洋和風(fēng)力數(shù)據(jù)進行收集。它描繪出一個大型畫面，同時對海軍計算機模型進行驗證。

　　Perkovic-Martin表示，基本上這是他們做的第一次大規(guī)模驗證。CARTHE團隊使用這些數(shù)據(jù)來決定放置其漂流器的位置。今后，他們將互相使用數(shù)據(jù)，來提高建模水平。

　　Rodriguez 指出，他們已能夠?qū)Ω采w16英里（25公里）范圍各個方向的風(fēng)和洋流進行研究。如果你將這個尺度擴大到太空，替代每隔一周覆蓋地球的能力，可以每天一次對地球進行覆蓋。

　　這種精度超越了對石油泄漏的環(huán)境災(zāi)難進行實時跟蹤的要求。它可能引導(dǎo)提高石油漂移位置和最危險沿海地區(qū)的預(yù)測水平。從根本上說，它可以提高對支配地球天氣和氣候重要機制的認知。它還可以使船舶航線受益，現(xiàn)有測量很大程度上依賴浮標。

　　Rodriguez 提出，高分辨率測量沿海地區(qū)洋流能力對于諸如阿拉斯加那樣的地區(qū)至關(guān)重要，那些地區(qū)參差不齊的海岸帶以外的洋流表現(xiàn)猛烈，并且變化迅速。

　　Perkovic-Martin提到，現(xiàn)在儀器已經(jīng)得到驗證，DopplerScatt將應(yīng)用于NASA未來機載科學(xué)任務(wù)。

　　QuickScat于1999年發(fā)射升空。盡管2009年部分儀器出現(xiàn)故障，它仍繼續(xù)為國際散射儀衛(wèi)星任務(wù)合作伙伴提供校準數(shù)據(jù)。2016年，RapidScat成功結(jié)束兩年期國際空間站海洋風(fēng)監(jiān)測任務(wù)。

　　原文題目：Where Ocean Meets Sky: New NASA Radar Gets a Tryout

　　資料來源：https://climate.nasa.gov/news/2593/where-ocean-meets-sky-new-nasa-radar-gets-a-tryout

　　（王化編譯，殷永元審核）