“日夜相連”傳感器 觀地球夜間如白晝

 

　　沒有人喜歡黑暗籠罩周身，特別是當(dāng)危險發(fā)生的時候。

 

　　當(dāng)夜幕覆蓋大陸或海洋，科學(xué)家和預(yù)報員會突然失去可見光范圍內(nèi)的衛(wèi)星圖像——包括旋轉(zhuǎn)中的風(fēng)暴、令人窒息的野火、威脅船只的大塊海冰等重要信息。

 

　　一個名為“日夜相連”（DNB）的新型傳感器開始填補(bǔ)這些空白，它的全名是“部分可見紅外成像輻射計套件”，隨美國發(fā)射的Suomi－國家極地軌道伴隨衛(wèi)星（NPP）飛行在地球上方的軌道中。

 

 

　　“日夜相連”能耐幾何？

 

　　“日夜相連”十分敏感，甚至能測量到單獨(dú)一個路燈微弱的光，或者漆黑大西洋面孤船甲板上若隱若現(xiàn)的光，再或者北達(dá)科他州廣闊油田閃耀的氣體余暉。即使在沒有月亮的夜晚，它依然能借助大氣微弱暗淡的光線辨別出云彩和雪原。

 

　　過去3年中，傳感器研究人員目睹了地球力量的迷人之處——含有巨大能量的海浪因猛烈雷暴被裹挾進(jìn)大氣層。他們還提高了向居民預(yù)報颶風(fēng)路徑的能力，幫助消防員監(jiān)測變化的致命煙霧，還可以指導(dǎo)迷失方向的船遠(yuǎn)離移動的海冰。

 

　　此外，科學(xué)家開始安裝了一種軟件來分析“日夜相連”獲得的數(shù)據(jù)，通過明確特定夜晚月光照射量來協(xié)助測量云層的反射，進(jìn)而來判斷云層含有多少水分。預(yù)報人員能利用這些信息來預(yù)測多少云量會影響地面夜間溫度，并協(xié)助飛行員避免遭遇飛機(jī)結(jié)冰險境。數(shù)據(jù)還能提高高緯度地區(qū)日常天氣預(yù)報的準(zhǔn)確度，這些地區(qū)承受數(shù)月長極夜現(xiàn)象，一直缺乏有效的、關(guān)鍵的夜間天氣變化信息。

 

　　颶風(fēng)逃不過它的眼睛

 

　　明確知道颶風(fēng)眼的位置很重要，因為大多數(shù)強(qiáng)風(fēng)和風(fēng)暴在那附近發(fā)生。這能更準(zhǔn)確地追蹤能拯救生命，影響當(dāng)?shù)鼐o急情況下管理人員的疏散工作，甚至能提前優(yōu)化部署安全人員和災(zāi)難救濟(jì)資源以節(jié)省數(shù)百萬美元資金。

 

　　2013年7月28日，弗洛西颶風(fēng)在夏威夷島附近盤旋。天氣預(yù)報員密切跟蹤了它的行動圖片，但夜幕降臨，他們失去了“視力”。衛(wèi)星搭載的紅外傳感器顯示，高卷云出現(xiàn)在風(fēng)暴的低緯度循環(huán)中心。當(dāng)夜晚來臨，天氣預(yù)報員卻因為一種可能顯現(xiàn)的“日出驚喜”而變得越來越不舒服，當(dāng)他們認(rèn)為正在正確地跟蹤夜間颶風(fēng)路徑的時候，隨著太陽升起，才發(fā)現(xiàn)因為高層風(fēng)的影響，颶風(fēng)中心已經(jīng)變得“云深不知處”了。

 

　　幸運(yùn)的是，這顆攜帶了“日夜相連”傳感器的衛(wèi)星在凌晨從頭頂飛過，它恰好透過高高的、薄薄的云層，窺視到了颶風(fēng)附近地面環(huán)流。圖片顯示，風(fēng)暴中心比預(yù)計的還偏向北部一些，對該島嶼的威脅大幅減少。美國國家氣象局預(yù)報辦公室的預(yù)報人員凌晨5時緊急通知急救人員修正了風(fēng)暴路徑，阻止了不必要的撤離。

 

　　細(xì)致入“微”海上救援

 

　　“齊斯卡海號”漁船是白令海峽捕蟹船隊的美國成員。2014年2月，強(qiáng)烈的北風(fēng)襲擊白令海中心區(qū)，快速將自由漂浮的海冰吹向了船隊部署地點(diǎn)。2月10日，“齊斯卡海號”在最北側(cè)，船員與國家海洋天氣服務(wù)海冰項目組織聯(lián)絡(luò)，詢問附近150多塊雙人床大小的海冰可能帶來的影響。

 

　　天氣服務(wù)機(jī)構(gòu)確認(rèn)海冰正在入侵。“齊斯卡海號”繼續(xù)前進(jìn)，并與海冰項目組織保持著聯(lián)絡(luò)。但2月13日，該船只發(fā)現(xiàn)已全部被海冰包圍了，其中一些冰塊厚度甚至超過3英尺。為了避免被海冰傾覆或擠碎，“齊斯卡海號”必須盡快逃離，但是短暫的白天和沒有月亮的夜晚讓導(dǎo)航無能為力。

 

　　海冰項目組織利用“日夜相連”傳感器數(shù)據(jù)找到了海船的燈光，進(jìn)行了準(zhǔn)確定位。傳感器還通過大氣層中微弱的夜光描繪出當(dāng)前海冰的邊緣。借助這種經(jīng)過細(xì)微調(diào)試的信息，天氣服務(wù)人員幫助船員制作出安全到達(dá)西南海岸的路徑，逃離了海冰的包圍。

 

　　穿透煙幕定位“火線”

 

　　因為多年的干旱，野火在美國西部升騰。消防隊員白天與猛烈的大火戰(zhàn)斗，但常常在一夜之間丟失了陣地，很難再追蹤危險的煙霧和被煙霧模糊了的防火線。野火還隨著變化的風(fēng)速風(fēng)向?qū)⑾�防人員置于險境。煙氣溫度迅速冷卻，羽毛般的小顆粒讓紅外傳感器幾乎在晚上失明。

 

　　由于溫度降低，濕度較大，晚上撲滅大火的工作令人沮喪。弱光傳感器就能幫上忙，正如這張2013年加利福尼亞Rim火場的圖片所示。首先，當(dāng)月光可用時，傳感器通常顯示出清晰的煙羽，給救火人員提供值得信賴的警告；其次，傳感器能精確地指出火線所在，包括任何細(xì)小的曲線。羽流圖還包含附近近地風(fēng)可能煽風(fēng)點(diǎn)火的寶貴信息，能協(xié)助消防員做出從哪個方向繼續(xù)滅火的正確決策。

 

　　鎖定大氣層“夜輝”漣漪

 

　　在沒有月亮的晚上，即使沒有任何燈光，你仍然能在黑色的夜空中看到自己含糊不清的手的剪影。這是大氣層中復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)發(fā)出的微弱光所致。

 

　　國際空間站宇航員定期記錄下這種“夜輝”，但其詳細(xì)構(gòu)造卻一直不得而知。“日夜相連”研究人員在意識到“夜輝”可能在雷雨附近出現(xiàn)的時候大吃一驚——圖片中的發(fā)光顯現(xiàn)出很有特色的漣漪。雷暴中釋放的能量向大氣層上方傳播波，當(dāng)這些波達(dá)到55到60英里的高空后，會在一兩個小時以后攪動“夜輝”層，制造出發(fā)光的同心圓。2014年德克薩斯州巨大雷暴中，傳感器捕捉到了這種效果。

 

　　這種波還攜帶著能夠驅(qū)動上層大氣循環(huán)的能量。“日夜相連”探測波和漣漪的能力填補(bǔ)了上層大氣動力學(xué)的研究空白，幫助研究人員更好地預(yù)測天氣并理解氣候變化。

 

　　基于地表的觀測還能把“夜輝”與大地震聯(lián)系起來，包括2011年日本東北地區(qū)發(fā)生的海嘯，地震運(yùn)動也向大氣層傳遞向上的壓力波。“日夜相連”能幫助科學(xué)家通過跟蹤海洋上方的大氣層漣漪來確認(rèn)海嘯。

 

　　一個“日夜相連”不夠用

 

　　現(xiàn)在只有一個“日夜相連”高高在上。由美國國家海洋和大氣管理局操控的、500英里高軌道上空的Suomi-NPP衛(wèi)星，因與太陽同步，只能在當(dāng)?shù)貢r間下午13時30分或上午1時30分經(jīng)過給定地點(diǎn)。如果它能放在靜止軌道衛(wèi)星上，科學(xué)家就能像電影那樣連續(xù)記錄地球光照而非定點(diǎn)拍照了。

 

　　“夜視平臺”是美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）計劃在2030年發(fā)射升空的地球靜止操作環(huán)境系列衛(wèi)星。如果能攜帶像“日夜相連”這樣的傳感器，研究者能夠明確陸地和海洋光線變化的特質(zhì)，還能日夜不間斷地監(jiān)測云層、降雨、浮油、大火、煙霧、沙塵暴、火山和海冰，甚至還能跟蹤在非法區(qū)域釣魚的船只，幫助定位失事飛機(jī)。

 

　　2014年7月24日，搭載110名乘客和6名機(jī)組人員的阿爾及利亞航空公司飛機(jī)在飛行員請求改變航線逃離雷雨區(qū)域后墜毀，機(jī)上無人幸免。攜帶“日夜相連”傳感器的Suomi-NPP衛(wèi)星恰巧在失事的幾分鐘內(nèi)穿越墜毀地點(diǎn)上空。它捕捉到了強(qiáng)大雷暴閃電發(fā)出的光，地點(diǎn)恰好與失事地點(diǎn)吻合，與此同時，它還捕捉到了飛機(jī)遺骸爆炸發(fā)出的光。

 

　　要從這場悲劇中吸取一絲希望，那就是在未來用恰如“日夜相連”這樣的低光傳感器覆蓋整個地球，測量一個區(qū)域每隔幾分鐘就會有所更新，這樣能夠指導(dǎo)搜索和救援隊迅速進(jìn)入指定地區(qū)，也許，能為拯救生命贏得寶貴的時間。