气候

在这张图中，哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星（Sentinel-6 Michael Freilich）——世界上最新的海平面卫星——带着可展开的太阳能电池板绕地球轨道运行。 影像来源：美国宇航局/加州理工大学 这颗地球观测卫星将于11月发射，它将密切监测海平面，并提供大气数据，以支持天气预报和气候模型。 11月10日，世界上最新的地球观测卫星将从加利福尼亚州的范登堡空军基地发射。作为一个具有历史意义的美国-欧洲伙伴关系，哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星将开始一项为期五年半的主要任务，收集迄今为止关于全球海平面的最精确数据，以及海平面如何随着气候变化而上升。该任务还将收集大气温度和湿度的精确数据，这将有助于改善天气预报和气候模型。 这艘飞船是以迈克尔·弗雷里奇(Michael Freilich)博士的名字命名的。弗赖利奇博士是美国国家航空航天局(NASA)地球科学部的前主任，他不知疲倦地倡导推进卫星对海洋的测量。迈克尔·弗雷里奇卫星继承了ESA(欧洲航天局)哥白尼哨兵3号任务以及美国-欧洲TOPEX/Poseidon和jason-1,2和3系列海平面观测卫星的传统和遗产。Jason-3于2016年发射，目前正在提供以1992年TOPEX/Poseidon的观测数据为基础的数据。 在过去30年中，这些卫星的数据已成为进行太空海平面研究的金标准。 哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星的孪生兄弟哨兵6B号卫星计划在至少5年的时间里继续进行这些测量。 “这种连续的观测记录对于跟踪海平面上升和了解造成海平面上升的因素是至关重要的，”美国宇航局地球科学部主任凯伦·圣·日尔曼(Karen St. Germain)说。“有了哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星，我们确保这些测量在数量和精度上都有所提高。这一使命是对杰出的科学家和领导者的荣誉，它将继承迈克在海洋研究方面的成就。” 那么哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星将如何进一步加深我们对海洋和气候的了解呢？以下是你应该知道的五件事: 1、该航天器将提供信息，帮助研究人员了解气候变化是如何重塑地球海岸线，以及这种变化发生的速度。 地球的海洋与大气密不可分。海水吸收上升的温室气体所捕集的热量的90％以上，这会使海水膨胀。这种膨胀约占现代海平面上升的三分之一，其余部分则来自冰川和冰盖的融化水。 美欧六国联合哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星是一系列地球观测卫星中的下一个，该卫星将收集迄今为止最准确的海平面数据以及其随时间的变化。这项任务的数据具有毫米级的精度，可以使科学家精确地测量海平面高度并测量我们的海洋上升的速度。 影像来源：NASA喷气推进实验室/加州理工学院/美国国家海洋和大气管理局 在过去的二十年里，海洋上升的速度加快了，科学家预计在未来几年，海平面上升的速度还会加快。海平面上升将改变海岸线，增加潮汐和风暴带来的洪水。为了更好地了解海平面上升如何影响人类，研究人员需要长期的气候记录——哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星将帮助提供这方面的信息。 “哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星是海平面测量的一个里程碑。” 美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室的项目科学家乔什·威利斯(Josh Willis)说。“这是我们第一次能够开发跨越整个十年的多颗卫星，这是因为我们认识到气候变化和海平面上升将继续存在。” 2、这颗卫星将看到以前的海平面任务无法看到的东西。 自2001年以来，通过监测全球海平面，杰森系列卫星已经能够追踪墨西哥湾流等大型海洋特征，以及厄尔尼诺和拉尼娜等绵延数千英里的天气现象。然而，测量海岸线附近可能影响船舶航行和商业捕鱼的较小的海平面变化超出了它们的能力。 哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星将收集更高分辨率的测量结果。更重要的是，它将包括先进的微波辐射计(AMR-C)仪器的新技术，与此次任务的波塞冬-4雷达高度计一起，将使研究人员能够看到这些更小，更复杂的海洋特征，特别是在海岸线附近。 3、哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星建立在一个非常成功的美国-欧洲伙伴关系的基础上。 哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星是美国宇航局和欧空局首次联合发射地球科学卫星，这标志着国际社会首次参与欧盟的地球观测计划——哥白尼计划。它延续了美国国家航空航天局、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)以及欧洲伙伴(包括ESA、政府间欧洲气象卫星开发组织(EUMETSAT)和法国国家空间研究中心(CNES))之间长达数十年的合作传统。 这些国际合作使人们能够获得比其他方式更多的资源和科学专门知识。研究人员利用从1992年发射TOPEX/Poseidon卫星开始的一系列美国-欧洲卫星任务收集的海平面数据发表了数千篇科学论文。 4、通过扩大全球大气温度数据记录，这项任务将帮助研究人员更好地了解地球气候是如何变化的。 气候变化不仅影响地球的海洋和表面；它会影响大气层的各个层面，从对流层到平流层。哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星上的科学仪器使用一种叫做无线电掩星的技术来测量地球大气的物理特性。 全球导航卫星系统——无线电掩星(GNSS-RO)仪器跟踪环绕地球运行的导航卫星发出的无线电信号。从哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星的视角来看，当一个卫星从哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星的地平线下降(或上升)时，它的无线电信号会穿过大气层。当它这样做时，信号变慢，频率改变，路径弯曲。这种现象被称为折射，科学家可以利用它来测量大气密度、温度和湿度的微小变化。 当研究人员将这些信息添加到目前太空中类似仪器的现有数据中，他们将能够更好地了解地球气候是如何随着时间变化的。 “就像对海平面的长期测量一样，我们也需要对大气变化的长期测量，以便更好地了解气候变化的全面影响。”JPL的GNSS-RO仪器科学家Chi Ao说。“无线电掩星是一种非常精确的方法。” 5、哨兵6号迈克尔·弗雷里奇卫星将通过向气象学家提供大气温度和湿度的信息来帮助改善天气预报。 该卫星的雷达高度计将收集海洋表面状况的测量数据，包括重要的波浪高度，而GNSS-RO仪器收集的数据将补充现有的大气观测数据。这些综合测量将为气象学家提供进一步的见解，以改善天气预报。此外，有关大气温度和湿度以及海洋上层温度的信息，将有助于改进跟踪飓风形成和演变的模型。 有关任务的更多信息 ESA、EUMETSAT、NASA和NOAA由欧洲委员会（ESA）、EUMETSAT、NASA和NOAA联合开发Sentinel-6/Jason-CS卫星，并获得了欧洲委员会的资助和CNES的技术支持。 NASA JPL为每颗哨兵6号卫星开发了三种科学仪器：AMR-C、GNSS-RO和激光反光镜阵列。NASA还为发射服务、支持NASA科学仪器运行的地面系统、其中两台仪器的科学数据处理器以及国际海洋表面地形科学团队提供支持。 要了解有关NASA对海平面上升的研究的更多信息，请访问： https://sealevel.nasa.gov

今年的北极海冰覆盖面积降至自上世纪70年代末现代记录开始以来的第二低水平。NASA和科罗拉多大学博尔德分校的国家冰雪数据中心(NSIDC)对卫星数据的分析显示，2020年的覆盖范围最小值(可能在9月15日达到)为144万平方英里(374万平方公里)。 在冬季，冻结的海水几乎覆盖了整个北冰洋和邻近海域。海冰经历了季节性的变化——在春末和夏季变薄和缩小，在秋季和冬季变厚和扩大。北极夏季海冰的范围可以影响当地生态系统、区域和全球气候模式以及海洋环流。在过去的二十年中，夏季北极海冰的最小覆盖范围显着下降。有记录以来的最低覆盖范围是2012年，去年的覆盖范围与今年持平，排在第二位。 北极海冰覆盖范围在9月15日达到了今年夏季最低水平，为有记录以来的第二低。 来源：NASA戈达德太空飞行中心 2020年春天，一股西伯利亚热浪提前拉开了今年北极海冰融化季节的序幕，随着北极气温比平均水平高出14至18华氏度(8至10摄氏度)，海冰范围持续缩小。2020年北极海冰覆盖范围的最小范围比1981-2010年的年最小覆盖范围平均值低了95.8万平方英里(248万平方公里)，而2020年是有记录以来最小覆盖范围第二次降到150万平方英里(400万平方公里)以下。 “今年北极真的非常温暖，而且融化季节开始得越来越早。”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内森·库茨说。“融化季节开始的越早，流失的冰量就越多。” 薄冰也比厚冰融化得快。2007年和2012年海冰覆盖范围的急剧下降，加上夏季覆盖范围的普遍下降，导致在多个冬季形成的多年厚冰区域减少。此外，最近的一项研究表明，大西洋(通常深埋在较冷的北极水域之下)的较暖海水正慢慢向海冰底部靠近，并从下面使海冰变暖。 9月15日，北冰洋海冰覆盖面积达到了144万平方英里(374万平方公里)的最小值，为有记录以来的第二低。 影像来源：NASA科学可视化工作室 NSIDC主管马克·塞雷兹（Mark Serreze）表示，北极地区有连锁反应。较温暖的海洋温度会侵蚀更厚的多年期冰层，并且还会导致更薄的冰层开始在春季融化。在春季初融化得越早，就会形成更多的开阔水域，吸收太阳的热量，提高水温。 “随着海冰覆盖范围的缩小，我们所看到的是，我们正在继续失去那些常年覆盖的冰层。”塞雷兹说，“夏季，冰层在缩小，但也在变薄。海冰失去了覆盖范围，你也失去了厚厚的冰层。这是双重打击。” 他说，有记录以来第二低的海冰只是北部气候变暖的许多迹象之一，并指出西伯利亚的热浪、森林大火、中部北极地区的平均温度高于平均水平，以及永久冻土层的融化导致了俄罗斯的燃油泄漏。 参见： https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/2020-arctic-sea-ice-minimum-at-second-lowest-on-record

这张照片显示了南极洲东部丹曼冰川表面的涟漪在冰面上投下阴影。与2003年至2008年相比，现在的冰川融化速度更快。 来源:NASA 根据美国国家航空航天局喷气推进实验室和加州大学欧文分校的科学家们的一项新研究，从1996年到2018年，南极洲东部的丹曼冰川退缩了3.4英里(5.4公里)。他们对丹曼冰川的分析还表明，冰盖下的地面形状特别容易受气候变化的影响而退缩。丹曼冰川是一个单一的冰川，其冰量相当于南极洲西部的一半。 直到最近，研究人员还认为，东南极洲比西南极洲更稳定，因为与在南极洲西部观察到的冰川融化相比，东南极洲失去的冰川并不多。“南极东部一直被认为是威胁较小,但随着像丹曼这样的冰川受到冰冻圈科学界的密切关注，我们现在开始看到该地区潜在的海洋冰盖不稳定的证据。”喷气推进实验室项目高级科学家、UCI地球系统科学教授埃里克·里格诺特(Eric Rignot)说。 里格诺特补充说:“近年来，南极洲西部的冰融化速度越来越快，丹曼冰川的巨大规模意味着其对长期海平面上升的潜在影响也同样巨大。”如果丹曼冰川全部融化，将导致全球海平面上升约4.9英尺(1.5米)。 利用来自四颗卫星的雷达数据（这是意大利COSMO-SkyMed任务的一部分，该任务于2007年发射了第一颗卫星），研究人员能够辨别冰川与海洋的确切位置，以及冰川开始漂浮在海洋上的位置，也就是它的接地区域。科学家们还能够使用冰厚度及其在陆地上的速度数据揭示冰川各部分下方的地面轮廓。 此插图显示了南极东部登曼冰川下地面的垂直放大图像，包括其东部侧面下方的深槽（中心处为蓝色区域）。 来源：NASA’s Scientific Visualization Studio 冰盖下大约6英里（10公里）宽的山脊可保护丹曼冰川的东翼免于暴露在温暖的海水中。但是它的西翼超出了东翼约3英里（4公里），坐落在一个深而陡的槽上，槽底光滑，并向内陆倾斜。这种构造可能会将温暖的海水引入冰下，形成一个不稳定的冰盖。自20世纪80年代以来，被称为西风带的风越来越多地把温暖的海水吹向南极大陆。 喷气推进实验室的科学家、该研究的第一作者维吉尼亚·布兰卡托（Virginia Brancato）说:“由于丹曼西翼的形状，有可能出现温暖海水的入侵，这将导致快速且不可逆转的后退，并导致未来全球海平面上升。” 她的同事里格诺特指出，监测漂浮在海洋上的丹曼冰川部分也很重要，这部分冰川绵延9300平方英里(24000平方公里)，包括沙克尔顿冰架和丹曼冰舌。 目前，冰川正以每年约10英尺(3米)的速度从底部向上融化。这比其9英尺（2.7米）的这比其9英尺（2.7米）的年融水平均值要高。它也高于2003年至2008年间南极东部冰架的平均融化速度，后者每年约为2英尺（0.7米）。要高。这也高于2003年至2008年间南极东部冰架的平均融化速度，后者平均融化速度每年约为2英尺（0.7米）。 该研究小组于3月23日在美国地球物理联合会的《地球物理研究快报》杂志上发表了他们的评估结果。 该项目由美国国家航空航天局的冰冻圈计划资助，并得到了意大利航天局和德国航天局的支持。数据和河床地形图是公开的。 参考来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/huge-east-antarctic-glacier-especially-susceptible-to-climate-impacts

2011年，NASA在执行ICESCAPE任务时拍摄到了北极海冰的照片，ICESCAPE的意思是“气候对北极太平洋环境的生态系统和化学的影响”。这是一项船载研究，旨在研究北极变化的条件如何影响海洋的化学和生态系统。 大部分研究是在2010年和2011年夏天在波弗特海和楚科奇海进行。 来源：NASA/Kathryn Hansen NASA的一项新研究显示，由于海冰迅速融化，北极的主要洋流更快，更湍急。洋流是脆弱的北极环境的一部分，现在已经被淡水淹没，这是人为引起的气候变化的结果。 利用12年的卫星数据，科学家们测量了这种被称为波弗特环流的环流是如何不稳定地平衡大量涌入的冷水和淡水的——这种变化可能会改变大西洋的洋流，并使西欧的气候变冷。 波弗特环流通过在海洋表面附近储存淡水来保持极地环境的平衡。风以顺时针方向绕着加拿大和阿拉斯加北部的北冰洋西部旋转，自然地从冰川融水、河流径流和降水中收集淡水。这种淡水在北极很重要，部分原因是它漂浮在温暖的咸水之上，有助于保护海冰免于融化，进而有助于调节地球的气候。在几十年的时间里，环流缓慢地将这些淡水释放到大西洋中，让大西洋洋流将其少量带走。 但自1990年代以来，该环流已积累了大量淡水-1,920立方英里（8,000立方公里）-几乎是密歇根湖的两倍。发表在《自然通讯》杂志上的这项新研究发现，淡水浓度增加的原因是夏季和秋季海冰的减少。几十年来，北极夏季海冰覆盖面积的减少使得波弗特环流更容易受到风的影响，风使环流旋转得更快，并将淡水截留在洋流中。 20多年来，持续的也在一个方向上拖曳着环流，增加了顺时针环流的速度和大小，并阻止了淡水离开北冰洋。这种持续数十年的西风对该地区来说是不同寻常的，在此之前，风向每5到7年就会改变一次。 科学家们一直在关注波弗特环流，以防风向再次改变。风向一旦改变，风向就会逆转环流，使环流逆时针方向流动，同时释放积聚的水。 “如果波弗特环流将过量的淡水排放到大西洋中，可能会减缓其循环。这将对西半球的气候产生影响，特别是在西欧。”这项研究的主要作者、美国宇航局喷气推进实验室的极地科学家汤姆·阿米蒂奇说。 从北冰洋释放到北大西洋的淡水会改变地表水的密度。正常情况下，来自北极的水会把热量和水分流失到大气中，然后沉入海底，把来自北大西洋的水像传送带一样输送到热带地区。 这一重要的洋流被称为大西洋经向翻转环流，它将热量从热带温暖的海水输送到欧洲和北美等北纬地区，从而帮助调节地球的气候。如果其放慢速度，可能会对海洋生物和依赖它的群落产生负面影响。 “我们预计墨西哥湾暖流不会停止，但会受到影响。这就是为什么我们如此密切地监测波弗特环流的原因。”论文的合著者、马里兰州格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的极地科学家阿莱克佩蒂说。 研究还发现，尽管波弗特环流由于风增加的能量而失去平衡，但水流通过形成小的、圆形的水漩涡排出了多余的能量。尽管湍流的增加有助于保持系统的平衡，但它有可能导致更多的冰融化，因为它将冷的淡水层与下面相对温暖的盐水层混合。融化的冰进而会改变海洋中的营养物质和有机物质的混合方式，对北极的食物链和野生动物产生重大影响。结果显示，在气候变化的影响下，随着海冰的消退，风和海洋之间出现了微妙的平衡。 佩蒂说:“这项研究表明，海冰的消失对我们的气候系统产生了非常重要的影响，而我们只是刚刚发现这一点。” 来源： https://www.nasa.gov/feature/jpl/arctic-ice-melt-is-changing-ocean-currents