科学和技术协作, 工程 技术 2021年12月07 13分钟阅读

装载激光和微波的两个卫星是如何帮助皇冠线上买球预测洪水的

by 乔霜

利用卫星, 激光和微波, 韩新灿教授正在皇冠线上买球人类有史以来最精确的重力测量方法. 但是当这些仪器在皇冠线上买球头顶数百公里的太空中, 它们的应用可能会改变皇冠线上买球在地球上应对洪水的方式.

2021年3月17日,新南威尔士州东部上空上演了一场壮观的表演. 雷声隆隆,犹如西线战场, 紫色闪电的壮观爆发照亮了一片原本被无情的雨云笼罩在黑暗中的大地.

接下来的一个星期,雨一直下个不停,整个州都被雨淋透了. 新南威尔士州中北部海岸遭受的打击尤其严重 气象局记录 许多地区在短短四天内就经历了超过600毫米的降雨,尤其是康博因村, 在3月19日至22日期间用853毫米猛烈回击.

换个角度来说, 康博因的年平均降雨量 是1573毫米, 这意味着这四天的降水量超过了半年.

结果是洪水泛滥,当时的总理形容这是“百年一遇的事件”, 看到城镇撤离, 道路和机场已关闭, 和 塔利附近的一所房子完全被冲走了 正在上涨的曼宁河上.

与此同时, 开销, 在冰冷的太空中, 重力恢复和气候实验后续任务(GRACE-FO)也在观察中.

以惊人的速度达到难以估量的精度

而不是单独的宇宙飞船, GRACE-FO(美国宇航局和德国地球科学皇冠线上买球中心的联合任务)由一对几乎相同的卫星组成, 它们通过微波测距仪器和激光不断地相互通信, 平均距离约220公里.

这一点非常重要, 然而, 这个平均距离——“大约220公里”——是用来帮助人类理解的. 卫星本身就可以 测量它们在一微米范围内变化的间隙美国宇航局将这一距离描述为“大约一个血细胞的直径”。.

当你得知GRACE-FO以超过27的速度飞行时,这种精准程度更让人瞠目结舌,每小时000公里.

试着把这一切都考虑清楚, 这有点类似于测量从皇冠线上买球大厅门厅的一根木材纤维到康博因退役军人协会靶子精确中心的距离 & “公民俱乐部”(Citizens Club)是一种需要用显微镜才能达到的精确水平,而这一切都是以几乎22倍于声速的速度传播的.

大约在这个世界一流的工程下面490公里, 在卡拉汉校区工程分局一间安静的办公室里, 韩教授小新 仔细皇冠线上买球GRACE-FO发回的数据.

重要的是你脚下的东西,而不是落在你头上的东西

A long-time member of the original GRACE mission – the FO suffix in the present mission effectively indicates it’s the sequel to a pair of satellites that were decommissioned in 2017 – Professor Han is one of the world’s foremost experts on why the instruments aboard the spacecraft are so precise 和 what the slightest deviation in distance between the two means.

那些还记得高中数学的人可能还记得地球上的重力大约是9.807米每秒的平方,不过这是 平均 价值.

“根据地球表面的质量,重力实际上会在不同的地方发生变化,韩教授解释道.

测量卫星之间距离的微波和激光受到重力的影响, 哪个是质量的标志.”

NASA用卫星飞越山脉的例子来解释这种变化:

“当领头卫星接近高质量区域时, 如山脉, 更大的引力将卫星拉到后面的卫星前面一点. 过了一会儿, 接下来的卫星依次向前拉, 缩短他们之间的距离. 当领头卫星穿过山脉时, 它们巨大的质量从后面拖着它, 这再次缩小了两颗卫星之间的距离.”

但考虑到上面提到的船上仪器的精度, 更多的质量动态变化, 因此重力, 可以测量.

比如水.

“通过观察数据,皇冠线上买球可以推断出地球表面有多少水在移动,韩教授解释道.

正是在这里,从数百公里外聚集的风暴云上方发射下来的数据变得如此重要.

因为五金店里一个9美元的水表可以收集到准确的雨量数据, 但这只是洪水问题的一部分.

更重要的是水已经存在了 in 地面.

60万亿升水…两倍!

虽然它不那么壮观,也不那么突然, 2020年2月,澳大利亚东海岸也是湿漉漉的一个月, 降雨量与2021年3月相似.

但在2020年的前几个月,没有发生大规模洪水事件.

至于为什么2021年的情况类似于罗兰·艾默里奇(Rol和 Emmerich)的电影,而前一年的情况更多 《皇冠线上买球》, 这可能是因为皇冠线上买球脚下有大量的水, 而不是砸在皇冠线上买球头上.

很少有人会忘记2019-20年澳大利亚森林火灾季节, 皇冠线上买球的天空变黄了, 火山灰冲上皇冠线上买球的海岸线,空气质量下降到危险水平, 全国超过1700万公顷的土地被烧毁, 摧毁了成千上万的房屋 导致超过30亿只动物死亡或流离失所.

二月的降雨显然是受欢迎的缓解,帮助平息了熊熊烈火, 但它们也能补充土壤水分, 在2019-20年夏天降到了最低记录.

幸运的是,2020年2月天气潮湿,约60万亿升的水严重补充了干燥的土壤, 将其恢复到2017年以来的最高水平.

在2020年多雨的几个月里,这些土壤湿度水平略有上升, 在2020-21年夏季下降之前——尽管后者的下降远未达到前一个夏季的创纪录低点.

所有这些都意味着,到2021年3月的雨季到来时, 在这特别繁忙的一周里,预计将增加60-70万亿升的蓄水量, 土壤湿度相对较高.

So, 而不是像2020年那样在干枯的土地上找到一个家, 2021年的降雨产生了更多的径流.

“这可能是2021年比2020年发生大范围洪水的原因,韩教授总结道 他和他的同事为他写的一篇论文 地球与空间科学.

“类似降雨产生的这两种截然不同的后果是证明之前的土壤水分状况如何支配径流和洪水的极好例子……这对实施洪水预报和预警实践非常重要。.”

未来使用GRACE-FO的更好方式?

正如你现在肯定已经知道的那样,韩教授正在从土壤中获取他的土壤湿度数据 GRACE-FO任务,也就是 通过追踪地球水的运动来监测地下水储存的变化, 大型湖泊和河流的水量, 土壤水分, 冰原和冰川, 海平面上升是由海水的加入引起的.”

在整个地球上追踪水的运动是一项极其广泛的工作, 这意味着即使科学, 使用的数学和技术是行业领先的, 有缺点.

例如,NASA发布的官方数据是每月的“快照”,.

“格陵兰岛和南极洲冰质量损失的变化是一个缓慢的过程, 因此,可以使用月度数据进行适当的映射,韩教授说.

“然而,像洪水这样的过程不能用每月的过程来绘制.”

韩教授小新

使用月度数据的缺陷在2021年3月得到了充分体现, 当时NASA的数据显示,当月的降雨量与2020年2月类似. 虽然这是真的,但是 单周 在21年3月绝大多数的降水都下降了, 这就描绘出了一幅截然不同的画面——同样的降雨在四周内蔓延,房子可能不会变成河上的驳船.

因此,韩教授和他的同事们开始使用一套不同的数据集来量化水的储存——这个数据集利用了两颗卫星上极其精确的仪器来测量它们之间最细微的距离变化.

其他大多数团队都在查看NASA的官方月度快照. 但皇冠线上买球正在直接观察卫星对卫星的扰动,”韩教授解释说.

“所以不同的日子有不同的扰动,皇冠线上买球正在测量一个月里卫星间运动的变化, 使皇冠线上买球能够量化卫星扰动原始数据的变化.

“这是一种方法,皇冠线上买球可以在不到一个月的时间框架内跟踪洪水等处理过程.”

使用这种方法——该团队也用这种方法精确测量了孟加拉国2020年的季风季节, 发表他们的皇冠线上买球结果 美国国家科学院院刊 -潜伏期只有1到3天, 而不是NASA发布官方快照需要几个月的时间.

该团队认为,这种方法可以应用到地球上的其他地方, 提供准确和最新的水库水位图片.

希望在未来几年, 这一方法将得到改进和广泛应用, 从而更快更准确地预测世界各地的洪水.

与此同时 La Niña由气象局公布, 从而预测“夏季澳大利亚北部和东部大部分地区的降雨量将超过平均水平”。, 值得记住的是,未来几个月的多雨天气可能会在大雨过后很长一段时间内继续产生影响.

皇冠线上买球员
韩教授小新

纽卡斯尔皇冠线上买球
工程、科学与环境学院
工程学院

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