关于一对小型但功能强大的气象仪器，你需要了解的5件事

COWVR和TEMPEST仪器被放在SpaceX龙货运飞船的后备箱中，用于2021年12月NASA向国际空间站的商业再补给任务。
影像来源：SpaceX

周二发射到国际空间站的COWVR和TEMPEST两种仪器可能会在收集天气预报的关键信息方面取得重大进展。

紧凑型海洋风矢量辐射计（COWVR）不比小型冰箱大。风暴和热带系统（TEMPEST）的时间实验甚至更小——大约一个麦片盒大小。然而，这两种紧凑型科学仪器的设计目的是完成一项艰巨的任务：以比气象卫星小很多倍的体积和更小的成本，进行与气象卫星相同的高质量大气观测。

这两个辐射计由NASA位于南加州的喷气推进实验室建造，是美国空军空间测试计划休斯敦8号（STP-H8）的一部分。他们于2021年12月21日周二搭乘SpaceX的龙货运飞船发射升空，执行对国际空间站的商业再补给任务，这是SpaceX为NASA执行的第24次商业再补给任务的一部分。它们被视为技术演示，如果它们能按计划执行，天气预报可能会得到技术提升。

以下是关于COWVR和TEMPEST你需要了解的5件事：

COWVR仪器于2015年进行热测试，并将于2021年12月发射前往国际空间站。
图片来源：NASA/JPL-Caltech

它们的目标是收集与其规模更大的前辈相同的高质量数据。

COWVR和TEMPEST将共同提供科学家用于制作天气和气候预报的许多数据点：它们不仅可以测量海面上的风速和风向，还可以测量降水量、大气湿度以及水分垂直分布的方式，以及海洋表面和大气中的其他条件。

从2003年到2020年，美国国防部科里奥利卫星上的990磅（450公斤）Windsat仪器获得了这些类型的测量数据。Windsat的寿命远远超过预期。如果COWVR和TEMPEST能够证明它们能够胜任这项任务，它们（以及像他们这样的小型仪器）将能够在不影响数据质量的情况下取代更大、老化的卫星。

它们具有改善风暴预报的潜力。

COWVR和TEMPEST将连接到空间站上，该空间站每天从西向东在近地轨道上围绕地球约16次。由于空间站独特的轨道，这两个仪器将把大部分时间花在中纬度和热带地区——容易发生风暴的地区——并且比其他轨道上的传感器更频繁地访问这些地区。这些额外的数据将帮助科学家更好地了解风暴的形成，更好地跟踪发展中的风暴系统。

COWVR和TEMPEST也将能够比目前使用的其他一些仪器更快地将数据传回地球，使科学家和预报员能够近实时地监测许多风暴所经历的快速增强。“大多数卫星只与世界上几个地面站进行通信，这需要时间，”喷气推进实验室COWVR的首席研究员香农·布朗说。“这些数据甚至可能需要几个小时才能到达地面，然后仍然需要处理。”

COWVR和TEMPEST将通过NASA的跟踪和数据中继卫星（TDRS）群将他们的数据发回地球。TDRS本质上提供了一个直接的数据流。所以，一旦传感器经过大飓风或飓风，您将立即获得这些数据，”布朗说。“这将是最新的观察结果，这是传统方法通常无法获得的”——这可能会挽救生命。

它们的综合数据可能会改善天气和气候模型的预测。

COWVR和TEMPEST对其轨道内区域进行测量的频率将使它们能够收集比其他仪器更全面的数据——这些数据有望减少天气和气候模型中的不确定性。

“目前测量海面风速和风向的卫星传感器位于太阳同步轨道上，这意味着它们仅在早上和晚上在给定位置提供测量，在这两个位置之间存在着间隙，”喷气推进实验室科学工作组的共同负责人托尼·李（Tony Lee）说。“空间站的轨道将允许COWVR和TEMPEST在一天中的不同时间进行测量，从而减少这些间隙。”

天气和气候模型使用这类数据进行预测。可用数据越多，模型——以及基于模型的预测——就越精确。

它们将揭示海气相互作用如何影响天气和气候。

海洋释放的热量和水分会影响大气条件；同气条件，如风，影响洋流和热量分布。科学家对这些相互作用了解得越多，他们就越能了解它们如何在短期内如何影响天气，在长期内如何影响气候。

然而，要获得合适的数据来研究这些相互作用可能很棘手。

“研究这些相互作用的传统方法是结合不同卫星的测量数据，这些卫星对海洋和大气的采样时间不同。”李说。“这种不匹配使科学家更难理解这些相互作用，因为我们可能在一天中的某个时间观察风，而在一天中的不同时间观察雨和大气水蒸气。”

如果成功的话，COWVR和TEMPEST可能会改变这一现状。COWVR的主要目的是测量海洋表面的风速和风向，TEMPEST的主要目的是提供大气水蒸气测量。由于它们一起飞行，在相同的区域进行测量，它们将能够同时获得这些补充数据。

“对不同变量的同时测量减轻了与来自不同卫星在不同时间混合测量的采样时间差异相关的困难。”李说。它也将使他们能够解释在更短时间尺度上发生的相互作用——例如，阵风搅动海洋，导致海洋热量流失到大气中。

它们将为未来的卫星星座铺平道路。

如果COWVR和TEMPEST的表现良好，它们将证明，对天气预报至关重要的综合数据和对气候的更好理解可以在一个比之前想象的更小更便宜的包裹中获得。

由于这些仪器更小、更便宜，因此组织可以发射三到四颗小卫星，成本与较大型号的卫星相同。由这些小卫星组成的卫星群将能够比相应的单个卫星更频繁地对给定区域（例如正在形成的风暴）进行测量，从而进一步完善天气模型和预报。

参考来源：
https://www.nasa.gov/feature/jpl/5-things-to-know-about-a-pair-of-small-but-mighty-weather-instruments/