来源：中国科学报

NASA的SMAP项目将对地球土壤湿度进行监测。图片来源：NASA/JPL

　　在全球范围内，土壤保持着地球的一小部分水分。然而这些水分在水、碳和能量的循环过程中依然是一个至关重要的方面：它决定了一个地区对于干旱及洪涝的敏感程度，决定了植物能否很好地生长并吸收大气中的碳，同时还决定了地球的升温与冷却——这是暴风的一个关键驱动因素。然而在大多数情况下，土壤水分的监测一直依赖于稀疏设置在地面上的探测器。美国剑桥市麻省理工学院（MIT）水文学家Dara Entekhabi表示：“在一个气候模型中对3个最大循环进行模拟曾完全是一种幻想。”

　　然而于1月29日发射升空的美国国家航空航天局（NASA）的土壤湿度主-被动遥感卫星（SMAP）——一枚价值9.16亿美元的人造卫星——将使这一切发生改变。

　　SMAP是美国地球科学家承担的一项高优先级任务，该任务将在每2到3天、以10公里的分辨率生成一个土壤水分的全球地图，从而有助于提高天气预报、洪水预警和干旱监测的准确率。

　　作为这一项目的科学团队负责人，Entekhabi表示：“这是人们从光学遥感观测的初期便开始追求的一个重要目标。”

　　这颗卫星看起来像是科幻小说中描述的一个奇妙装置——在一个像套索般的长长吊杆的顶部旋转着一个直径6米的碟形天线。

　　据介绍，当人造卫星到达预定轨道后，吊杆将伸长，同时碟形天线也将完全展开。这架碟形天线由镀金的钼带制成，其作用相当于人造卫星上两个装置—— 一个雷达和一个辐射计——的反射器。该雷达能够自主工作，即随着向碟形天线发射的脉冲被弹回地球，进而监测来自地面的反射。

　　与辐射计相比，雷达具有更高的分辨率，但却很难穿透植物，而前者能够探测到由土壤自身释放的辐射——尽管其分辨率较低，但受到的干扰也相对较少。

　　总的来看，SMAP装载的两件设备与欧空局（ESA）的土壤湿度和海洋盐度研究卫星（SMOS）相比是一个巨大的进步，后者于2009年发射升空，并且只携带了一个辐射计。

　　荷兰诺德维克市欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）项目科学家Matthias Drusch表示，目前，来自SMOS的数据已经被并入加拿大气象局和欧洲中期天气预报中心的天气预报当中。他说：“通常来说，这些数据并不关注土壤中的水分。”

　　但Drusch指出，SMOS的分辨率是相当粗糙的30公里至50公里，并且SMOS团队同时很难消除来自军用和民用雷达的干扰。为了避免这个问题，SMAP则采用了监听一些窄无线电频带的方式。其中一些频带可能受到无线电干扰，但不太可能出现所有频带在任何时段都被干扰的情况。

　　来自SMAP的数据将有助于改善美国农业部的干旱预报能力，同时对美国国家气象局的洪水预警提供指导。

　　与此同时，科学家仍有很多问题需要回答。例如，土壤水分如何对暴雨的运行机制产生影响？风暴需要大气与对流中的水分相结合，从而驱动暴风云的抬升。来自潮湿土壤的水分蒸发会导致一种被称为回收降水的现象，但这里还有一个负面的反馈，因为蒸发会冷却地球，进而抑制驱动对流所需的热量。

　　Entekhabi指出，风暴可能在10公里的长度尺度下交替需要干燥与潮湿的土壤—— 一个用来增加大气湿度，另一个用来增加对流能量，而SMAP所具有的分辨率正好可以用来验证这一想法。

　　据悉，该卫星于当天在加利福尼亚州范登堡空军基地由德尔塔2型火箭发射升空。