2021年度灾难：回顾

2021年度灾难：回顾

ByNASA中文

In 2021, Hurricane Ida left over 1 million people without power, tornadoes tore across the American Midwest, volcanoes forced people to evacuate their homes, wildfires covered the American West and unusual flooding wreaked havoc on Central Europe. 2021年，飓风艾达导致100多万人断电，龙卷风席卷美国中西部，火山爆发迫使人们撤离家园，野火覆盖美国西部，罕见的洪水对中欧造成严重破坏。 Some characteristics of natural hazards, such as hurricanes, floods and wildfires, have been historically predictable and have informed disaster preparation. However, with human emissions of greenhouse gases increasing Earth’s temperature, we’re seeing changes in those characteristics: wildfire and drought seasons are lengthening, hurricanes and rainfall are becoming more intense, and coastal flooding is increasing. 自然灾害的一些特征，如飓风、洪水和野火，在历史上是可以预测，并为备灾提供了信息。然而，随着人类排放的温室气体使地球温度升高，我们正在看到这些特征的变化：野火和干旱季节正在延长，飓风和降雨变得更加强烈，沿海洪水也正在增加。 By sponsoring application science and fostering domestic and international partnerships, the NASA Disasters program seeks to use its Earth observation data to enable disaster-resilient communities in a changing climate. 通过资助应用科学和培育国内和国际伙伴关系，NASA灾难项目寻求利用其地球观测数据，使社区能够在不断变化的气候中抵御灾害。 For details…

NASA卫星显示云层如何应对北极海冰的变化

NASA卫星显示云层如何应对北极海冰的变化

ByNASA中文

在预测北极地区未来将继续变暖的程度和速度方面，云层是最大的不确定因素之一。根据一年中的不同时间以及它们形成和存在的不断变化的环境，云既可以起到保温的作用，也可以冷却它们下面的海面。 几十年来，科学家们一直认为，北极海冰覆盖面积的减少使得更多的云在海洋表面附近形成。现在，NASA的一项新研究表明，暴露的海洋通过海冰上一个被称为“冰间湖（polynya）”的大洞释放热量和水分，促进了更多云的形成，这些云捕获了大气中的热量，阻碍了新海冰的再冻结。 这一发现来自于一项对位于格陵兰岛和加拿大之间的巴芬湾北部被称为北方水域冰间湖的研究。该研究是最早利用卫星上的主动传感器探测冰间湖与云之间相互作用的研究之一，科学家们可以利用卫星上的主动传感器分析大气中低层和高层的垂直云层。 领导这项研究的美国宇航局汉普顿兰利研究中心的大气科学家艾米丽·门罗（Emily Monroe）解释说，这种方法使科学家们可以更准确地发现在冰间湖和周围海冰上的海洋表面附近云层的形成过程。 2016年4月19日，在冰桥行动飞行期间看到的北方水域冰间湖和相邻海冰的一部分。从海洋中蒸发的水分可以凝结成小云。 图片来源：NASA/Jeremy Harbeck “我们不再依赖模型输出和气象再分析来验证我们的假设，而是能够从冰间湖附近地区获取近乎瞬时的卫星扫描数据。”门罗说。“由于每次扫描都是在大约10秒的时间范围内收集的，这是更可能冰间湖和附近的海冰更有可能经历相同的大规模天气条件，所以我们可以更准确地分辨出从冰面到水面的变化对上覆云层的影响。” 一个简化的可视化图显示了在被称为冰间湖的海冰包围的大洞打开之前、期间和之后的云层响应。可以看到海冰的隔热效果，因为冰间湖的开口促进了热量（红色）和水分（黄色）的交换。冰洞上的云（紫色）散发的热量有助于保持冰间湖冰冻的开放，并在新的海冰关闭冰洞后仍保持开发。 图片来源：NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab/Jenny McElligott 位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的海冰科学家莱内特·博伊斯维特（Linette Boisvert）参与了这项研究，他解释说，海冰的作用就像一锅沸水的盖子。当盖子被打开时，热量和蒸汽逸入到空气中。 “我们从海洋中吸收了更多的热量和水分，进入大气层，因为海冰就像一个盖子或相对温暖的海洋表面和上面寒冷干燥的大气之间的屏障。”博伊斯维特说。“大气变暖和变湿减缓了海冰的垂直增长，这意味着它不会那么厚，所以在夏季更容易融化。” 与北极和南极的其他冰间湖一样，当特定的风向持续方向吹并在冰层上撕破洞时，就会形成北方水域冰间湖。这些风型只存在于冬季，湖口反复打开和关闭，交替暴露和隔离海洋。 这些新见解出现之际，正值北极海冰面积在2021年较暖的几个月逐渐减少后，似乎已达到年度最小范围。它们强调了海冰是如何影响一个在调节全球变暖、海平面上升以及人类造成的气候变化的其他影响方面发挥着不可或缺作用的地区。 海冰不会直接导致全球海平面上升。就像饮料中的冰块一样，融化的海冰并不会直接增加海洋中的水容量。然而，北极海冰范围的缩小可能会使相对温暖的海水暴露在该地区的沿海冰盖和冰川中，导致更多的融化，使淡水流入海洋，并导致海平面上升。 在2019年4月3日的冰桥行动飞行中看到的北方水域冰间湖的西部边缘。冰间湖是一大片暴露在大量海冰覆盖区域内的海洋，在较冷的月份开放四到五次。北方水域冰间湖的范围每年都不同，但可以大到覆盖美国整个州的面积，例如弗吉尼亚州。 图片来源：NASA/Jeremy Harbeck 新的研究显示，在冰间湖上空低层的云比在被海冰覆盖的邻近地区的云排放出更多的能量或热量。这些低层的云也含有更多的液态水——比附近海冰上的云高出近4倍。在研究期间，冰间湖每次重新结冰后，云层下增加的云量和热量在持续了大约一周。 “仅仅因为海冰重新形成和冰间湖关闭，这并不意味着情况会立即恢复正常，”博伊斯维特说。 “即使水分来源基本上消失了，这种额外的云层和增加的云对地表辐射效应的影响在冰间湖冻结后仍会持续一段时间。” 参与这项研究的NASA兰利分部的气候科学家帕特里克·泰勒（Patrick Taylor）说，这些发现还表明，云团对冰间湖的反应延长了冰间湖保持开放的时间。 “它们可以形成更厚的覆盖层，并增加向地表散发的热量。”泰勒说。“释放出的热量有助于使北方水域冰间湖的表面保持温暖，并有助于延长事件本身。” 大规模的气象过程常常使北极变暖的研究变得困难。然而，在同一区域的海冰上重复的开口创造了一个天然实验室来研究云之间的反馈以及海冰和冰间湖之间的交替。 “我们可以比较海冰和开阔水域区域，以及足够接近这两种表面类型的云层，这样我们就不必担心大气条件的巨大变化会混淆以前的研究，”泰勒说。 “如果在几天内海冰消失的冰湖事件没有云层的响应，你就不会期望其他任何地方有响应。冰间湖的开放是一个非常强烈的、明显的强迫因素。” 该团队计划将他们的研究提升到一个新的水平，并测试是否可以在海冰和公海相遇的其他地区观察到类似的云层效应。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/esnt/2021/nasa-satellites-show-how-clouds-respond-to-arctic-sea-ice-change

NASA第一架全电动X系列飞机成功完成了遥测信号测试

NASA第一架全电动X系列飞机成功完成了遥测信号测试

ByNASA中文

在NASA的阿姆斯特朗飞行研究中心，NASA的第一架全电动X系列飞机，X-57 麦克斯韦开始了它的遥测测试，图中运行人员正在测试记录结果。遥测测试是X-57一系列功能测试中的关键阶段，这些测试除了确认X-57飞机向地面团队传输速度、高度、方向和位置数据的能力外，还确认了传输关键性任务数据（如电压、功耗和结构完整性）的能力。X-57的目标，是帮助新兴的电动飞机市场设定认证标准。 图片来源：NASA/肯•乌尔布里希（Ken Ulbrich） 美国航空航天局（NASA）的第一架全电动X系列飞机，X-57麦克斯韦（X-57 Maxwell）最近进行了地面测试，成功证明X-57麦克斯韦飞机具有发送遥测信号的能力，让项目团队能够在飞行过程中跟踪关键的任务数据。 在X-57的飞行测试期间，地面将能接收到这些数据，在飞行操作期间，项目团队就能对数据进行实时监控和记录，应用到后续的飞行后分析中，从而衡量X-57的目标到达成功率，NASA正在为设定未来电动飞机的认证标准作出努力。 这一轮测试是在加利福尼亚州爱德华兹的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心（Armstrong Flight Research Center）进行的，X-57的功能性地面测试阶段正在不断取得进展，而地面测试是迈向滑行和飞行测试的必要步骤。 在NASA阿姆斯特朗飞行研究中心的操作人员记录结果的同时，NASA的第一架全电动X-plane X-57 Maxwell开始进行遥测测试。遥测测试是X-57一系列功能性测试的关键阶段。除了确认X-57飞机向地面团队传输速度、高度、方向和位置的能力外，遥测测试还确认了传输关键任务数据的能力，如电压、功耗和结构完整性。 图片来源：NASA/肯•乌尔布里希 X-57的运行工程副主管克尔斯滕•布加德（Kirsten Boogaard）说：“我们正在进行遥测测试，以确认在未来的飞行中我们能够监视地面数据。在开始飞行测试之前，确保一切都能在地面上正常工作这一点非常重要，首先要确保飞行的安全，还必须确保控制室能在飞行期间接收我们的任务数据。” 这幅艺术概念图展示了NASA第一架全电动X飞机X-57 麦克斯韦，在最终配置的巡航模式下飞行在加利福尼亚州爱德华兹的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心上空。在第四版改良（Mod IV）试飞中，X-57的高升力电动机将停止在巡航模式下的使用，螺旋桨叶片将折入机舱从而减少阻力；而在降落地面时，电动机将重新启动，利用离心力让螺旋桨叶片旋转展开，为降落过程提供必要的升力。X-57的目标，是帮助新兴的电动飞机市场设定认证标准。 图片来源：NASA兰利研究中心（Langley Research Center）/分析力学联合公司（AMA Inc）高级概念实验室（Advanced Concepts Lab） X-57改装自泰克南P2006T飞机（Tecnam P2006T），这次的任务数据将帮助NASA研究人员验证X-57是否成功满足了“设计驱动力”（design drivers），也就是能推动经验学习与最佳实践的技术性挑战。这些设计驱动力包括证明能源效率的提高、飞行中碳排放为零以及对地面居民而言更加安静的飞行。 通过将电动飞机未来飞行测试中的数据，与基准状态下燃烧驱动的P2006T飞机性能进行比较，我们将能衡量X-57是否具备成功达到这些目标的能力。 “这是要在飞行过程中监视的重要研究数据，我们需要做到能跟踪X-57的位置、速度和高度，以了解我们是否达到了飞行条件，”X-57的飞行系统负责人林约翰（Yohan Lin，音译）说道，“与此同时，系统需要传输传感器信息，例如巡航电动机牵引总线的电压、电流和螺旋桨速度，让我们可以评估电动飞机的性能。” 通过在飞机与NASA遥测车的下行设备之间建立射频（Radio Frequency，RF）连接，遥测测试得以进行。X-57的两个天线（一个位于顶部，一个位于底部）在飞行配置中首先同时测试，而后又分开单独测试。 根据测试指挥长的指令，X-57驾驶舱中的航空电子技术人员会对射频信号发射机进行操作。仪器工程师和遥测技术人员监测了车中的下行链路信号，并确认已按预期接收到了相应的数据信息。 在整个测试过程监控的数据中，X-57团队专门研究了射频功率。通过这种测量，工程师可以观察整个传输的信号强度。除此之外，项目团队还研究了信号模式的带宽和中心频率，来确认在分配的频率范围内系统是否在正常运行。 在NASA位于加利福尼亚州的阿姆斯特朗飞行研究中心，工程师对NASA的第一架全电动X系列飞机X-57 麦克斯韦进行了首次遥测测试，检测了飞机向地面团队传输数据的能力。数据被打包并传输给地面团队，地面的研究人员会进一步将它解码为一种特殊格式，直接呈现给飞行控制团队，让他们能在电子屏上实时查看从而完成相应的飞行操作。 图片来源：NASA/肯•乌尔布里希 本次的遥测测试结果表明，X飞机的数据传输能力不存在重大异常。 “这次的检查验证了我们是在正确的规范下运行的，” 林说，“下一步将对高压巡航电机进行功能测试，我们将使用飞机的遥测系统监测某些关键的参数。” 正如X-57运行工程负责人迈克尔•昆顿（Michael Quinton）指出的那样，这个功能性的地面测试阶段对X系列飞机多个领域的性能都提供了参考，这是向滑行和飞行测试迈出的一大步。 “我们最近测试中最好的部分之一就是，提供了机会让所有学科的工程师和技术人员都聚在一起，共同支持一个实时的事件。” 参考来源： https://www.nasa.gov/centers/armstrong/features/X-57-NASA-Successfully-Tests-Telemetry-Signal-All-Electric-X-plane.html