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动物迁徙、碳储量、海洋酸化监测... 人造卫星还有哪些我们预想之外的用途?

人造卫星还能回答这6个特别的问题
动物迁徙、碳储量、海洋酸化监测... 人造卫星还有哪些我们预想之外的用途?

在我们生活的地球之外,环绕着数量庞大的人造卫星,为我们的现代科技生活提供了便利。目前,人造卫星的应用领域已经十分广泛,除了我们熟悉的作物植物监测、油气管道监测、国土规划、生态环境监测等,你可能不知道人造卫星还能回答以下这6个特别的问题。

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动物如何实现远距离迁徙?

由于繁殖、觅食等原因,动物常常需要经历一定距离的迁徙。它们如何确保能够找到正确的方向?研究表明,磁场是动物最常用的方法之一。

研究人员利用欧空局的Swarm地磁观测卫星数据,在磁场强度、方向与候鸟的飞行路径之间建立了联系,让我们对动物如何利用地球磁场进行远距离迁徙这个问题有了更进一步的了解。

沿白额雁迁徙路径的地磁强度 图片来源:ESA

研究所聚焦的白额雁在秋季迁徙时会从西伯利亚飞到德国。研究人员将Swarm卫星数据与存储在Movebank(Movebank储存了大量动物迁徙的位置和时间数据)中的数据相结合,得出它们在旅途中遇到的地磁强度值。

该研究表明,在地磁风暴期间,白额雁受到了影响,偏离迁徙方向。这项研究的实施证明了将动物迁徙的跟踪数据与地球物理信息相结合的可能性,帮助我们对动物迁徙行为产生新的见解。‍

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森林退化如何影响碳储量?

森林能够吸收和储存大气中大量的碳,在地球的碳循环中发挥着至关重要的作用,有利于缓解气候危机。

在过去的半个世纪里,陆地生态系统吸收了三分之一的二氧化碳排放量,包括亚马逊在内的热带雨林对这一过程做出了重大贡献。

亚马逊流域的森林损失 图片来源:ESA

过度砍伐会对森林资源产生威胁,森林退化同样会导致大部分储存的碳被释放回大气中,加剧气候变化。

研究人员基于欧空局的卫星数据,调查了2010-2019年巴西亚马逊地区森林碳的动态变化。研究表明,森林退化造成的碳损失超过了巴西亚马逊地区森林砍伐造成的碳损失,成为驱动碳损失的主要因素。

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地球损失了多少冰川?


冰川消融导致海平面上升,同时也对生活在沿海区域的人构成了威胁,因此,掌握冰川消融信息显得很有必要。


冰川数量和规模庞大、地处偏远且地势崎岖,这无疑提升了监测冰川的难度。“欧洲地球探测者计划”的对地观测卫星“冷卫星”基于一种特殊的数据处理方式——带状处理,向我们揭示了阿拉斯加和亚洲冰川自2010年以来损失了多少冰。

带状处理示意图 图片来源:ESA


根据研究结果,在2010年至2019年之间,阿拉斯加湾每年损失76Gt冰,而亚洲高山每年损失28Gt冰。此外,除了亚洲高山喀喇昆仑地区以外,几乎所有地区都出现了冰层流失,这种现象被称为“喀喇昆仑异常”。


这项研究表明,这种独特的高分辨率雷达测高数据集提供的关键信息,可以让我们能更好地量化和了解全球范围内的冰川变化。‍

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全球海洋正在酸化?


海洋能够吸收温室气体排放至气候系统中93%的热量以及二氧化碳等物质,但是这些过程也改变了海水的化学成分。


来自船舶和Copernicus Sentinel-3卫星携带的海陆表面温度辐射计、MetOp气象卫星、POES气象卫星等的测量结果显示,过去30年来海水pH值显著下降,表明海水存在酸化现象。

过去30年海水pH值 图片来源:ESA


海水酸化会导致钙化生物(如贝类和珊瑚)难以构建和维持其硬壳、骨骼和其他碳酸钙结构,如果海水 pH 值过低,贝壳和骨骼甚至会开始溶解。


对人类而言,酸化的海水难以负担起调节气候的任务,也会对水产养殖、粮食安全和旅游业等产生不利影响。因此,监测海洋酸化的变化能够帮助我们更好地做出针对气候和环境的决策。‍

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森林如何对云量产生影响?

除了以吸收二氧化碳的方式来减缓气候变化,研究表明,森林也能通过其他方式来影响气候,例如它能通过增加低层云来产生冷却效果。

一项发表在《自然通讯》上的研究显示,卫星观测数据表明在世界三分之二的地区,植树造林增加了低层云量,对常绿针叶林的影响最为明显。

植树造林对云量的影响 图片来源:ESA

该研究团队强调,通过植树造林、森林恢复和避免森林砍伐来缓解陆上气候变化不应仅考虑碳储量。同时,政策也应涵盖森林提供的更广泛的气候效益,包括增加云层覆盖以进行局部降温和产生降雨,从而赋予森林额外的水文价值。


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海平面上升了多少?


海平面上升对生活在沿海地区的居民和基础设施构成了直接威胁,制定有效的保护策略,需要海平面上升数据为支撑。


欧空局资助的新研究表明,一种处理卫星测高数据的特定方法即使是在海洋被冰覆盖的情况下,也能够以毫米/年的精确度确定沿海地区的海平面变化程度。


以波罗的海为研究目标,结果显示,在1995年至2019年期间,德国和丹麦海岸南部的海平面以每年2-3毫米的速度上升,而波的尼亚湾东北部的海平面则以6毫米的速度上升。

1995-2019年北海和波罗的海平均海平面上升 图片来源:ESA


自1990年代初以来,卫星一直在跟踪海面高度的变化,表明全球海平面平均每年上升3毫米。由于气候变化,海平面可能在未来几十年继续上升。


联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》指出,到本世纪末,全球平均海平面可能上升 0.29 m 至 1.1 m。