科技协作, 工程 技术 12月7日2021 13分钟读数

两颗装有激光和微波的卫星是如何帮助皇冠线上买球预测洪水的

by 乔霜

利用卫星, 激光和微波, Shin-Chan Han教授正在皇冠线上买球人类有史以来最精确的重力测量. 但是当这些仪器在太空中离皇冠线上买球头顶几百公里的时候, 它们的应用可能会改变皇冠线上买球应对地球上洪水的方式.

2021年3月17日,新南威尔士州东部的天空上演了一场壮观的表演. 雷声隆隆如西线, 壮观的紫色闪电照亮了一片被无情的雨云笼罩在黑暗中的大地.

接下来的一个星期,大雨倾盆,整个州都湿透了. 新南威尔士州中北部海岸受灾尤其严重 气象局注意到 许多地区在短短四天内降雨量超过600毫米,其中尤以科博因村为例, 在3月19日至22日猛烈撞击853毫米.

换个角度来说, 科博因的年平均降雨量 是1573毫米, 这意味着在这四天里,降雨量超过了半年的总和.

结果导致洪水泛滥,当时总理称其为“百年一遇”。, 看到城镇被疏散, 道路和机场关闭, 而且 塔里附近的一座房屋真的被冲走了 在上升的曼宁河上.

与此同时, 开销, 在冰冷寂静的太空中, 重力恢复和气候实验后续任务(GRACE-FO)也在关注.

不可思议的精度和惊人的速度

而不是孤独的宇宙飞船, GRACE-FO(美国宇航局和德国地球科学皇冠线上买球中心的联合任务)由一对几乎相同的卫星组成, 围绕地球运行,通过微波测距仪器和激光不断地相互通信, 平均相距约220公里.

注意这一点很重要, 然而, 这个平均距离——“大约220公里”——有助于人类的理解. 卫星本身可以 测量它们之间的差异,误差在一微米以内美国国家航空航天局(NASA)将这一距离描述为“大约一个血细胞的直径”。.

当你知道GRACE-FO以超过27的速度飞行时,这种精度水平只会让你更加瞠目结舌,每小时000公里.

试着正确地看待这一切, 这就类似于测量皇冠线上买球大厅门厅里的一根木材纤维到科博因退伍军人学校飞镖靶靶心的精确中心之间的距离 & “公民俱乐部”——这一精度水平需要显微镜才能达到——所有这些都是以几乎比声速快22倍的速度飞行.

大约在这个世界上独一无二的工程下面490公里处, 在卡拉汉校区工程区一间安静的办公室里, 韩信璨教授 仔细皇冠线上买球GRACE-FO传回的数据.

重要的是你脚下的东西,而不是你头上的东西

作为最初GRACE任务的长期成员——当前任务中的FO后缀有效地表明它是2017年退役的一对卫星的续作——韩教授是世界上最重要的专家之一,为什么航天器上的仪器如此精确,以及两者之间最轻微的距离偏差意味着什么.

那些还记得高中数学的人可能会记得,地球引力的测量值大约是9.807米每秒的平方,不管它是什么 平均 价值.

“地球表面的重力实际上是根据现有质量而变化的,韩教授解释道.

“卫星测量彼此之间距离的微波和激光受到重力的影响, 这是质量的标志.”

NASA以卫星飞越山脉为例解释了这些变化:

“随着领先卫星接近一个大质量地区, 如山脉, 更高的引力将卫星拉到后面的卫星前面一点. 过了一会儿, 下面的卫星轮流向前拉, 缩短它们之间的距离. 当先导卫星经过山脉时, 它们的巨大质量从后面拖着它, 再次缩小了两颗卫星之间的距离.”

但考虑到上面提到的船上仪器的精度, 质量的动态变化更大, 因此引力, 可以测量.

比如水.

皇冠线上买球查看数据,就能推断出地球表面有多少水在流动,韩教授解释道.

这就是从数百公里高空的风暴云中传输的数据变得至关重要的地方.

因为五金店的一个9美元的水表可以收集到准确的降雨量数据, 但当涉及到洪水时,这只是故事的一部分.

可以说,更关键的是水已经存在了 in 地面.

60万亿升水……两倍!

虽然没有那么壮观,也没有那么突然, 2020年2月,澳大利亚东海岸也是一个非常潮湿的月份, 降雨量与2021年3月相当.

但在2020年前几个月没有发生大规模洪水事件.

至于为什么2021年的情况类似于罗兰·艾默里奇(Rol而且 Emmerich)的电影,而前一年的情况更多 在雨中歌唱, 这可能是由于皇冠线上买球脚下有大量的水, 而不是砸在皇冠线上买球头上.

很少有人会忘记2019 - 2020年澳大利亚森林大火季节, 皇冠线上买球的天空泛着黄色, 火山灰冲刷着皇冠线上买球的海岸线,空气质量下降到危险水平, 全国超过1700万公顷的土地被烧毁, 摧毁了成千上万的房屋 超过30亿只动物死亡或流离失所.

2月的降雨显然是受欢迎的喘息机会,有助于平息肆虐的地狱, 但它们也可以补充土壤的水分储存, 到2019- 2020年夏天,该指数已跌至创纪录的最低水平.

2020年2月,天气非常潮湿,约60万亿升水为干燥的土壤提供了大量补给, 这是自2017年以来的最高水平.

在2020年潮湿的几个月里,这些土壤湿度水平略有上升, 在2020-21年夏天下跌之前——尽管后者的下跌远不及前一个夏天的创纪录低点.

这一切都意味着,到2021年3月的降雨到来时, 在这特别繁忙的一周内,估计会增加60-70万亿升的储水量, 土壤水分水平较高.

So, 而不是像2020年那样在干旱的土地上找到家园, 2021年的降雨产生了明显更多的径流.

“这可能是2021年与2020年相比出现大面积洪水的原因,韩教授总结道 他和他的同事为 地球与空间科学.

“这两个来自相似降雨的对比结果是很好的例子,说明了先前的土壤湿度状况如何控制径流和洪水……这对实施洪水预测和预警实践很重要。.”

将来使用GRACE-FO的更好方法?

你现在肯定已经算出来了,韩教授的土壤湿度数据是从 GRACE-FO任务 “追踪地球的水运动,以监测地下蓄水的变化, 大湖泊和河流中的水量, 土壤水分, 冰原和冰川, 海平面上升是由海水的增加引起的.”

在整个星球上追踪水的运动是一项极其广泛的任务, 这意味着即使科学, 使用的数学和技术是行业领先的, 也有缺点.

例如,NASA发布的官方数据是每月的“快照”.

“格陵兰岛和南极洲的冰块损失变化是一个缓慢的过程, 因此可以使用每月数据进行正确的映射,韩教授说.

“然而,像洪水这样的过程不能用每月的过程来绘制.”

韩信璨教授

使用月度数据的明显缺点在2021年3月得到了充分展示, 当时美国宇航局的数据显示,该月的降雨量与2020年2月相似. 虽然这是真的,但是 单周 21年3月,当月绝大多数降水都是下降的, 这描绘了一幅完全不同的画面——同样的降雨分散在四个星期里,可能不会让一所房子变成河上的驳船.

因此,韩教授和他的同事们开始使用不同的数据集来量化水的储存——这个数据集使用了两颗卫星上极其精确的仪器,这些仪器可以测量它们之间距离的微小变化.

大多数其他团队都在看NASA的官方月度快照. 但皇冠线上买球正在直接皇冠线上买球卫星对卫星的扰动,”韩教授解释道.

“所以不同的日子有不同的扰动,皇冠线上买球正在测量一个月内卫星对卫星运动的变化, 使皇冠线上买球能够量化卫星扰动原始数据的变化.

“这是皇冠线上买球可以在不到一个月的时间内跟踪洪水等过程的一种方法.”

该团队还使用这种方法准确测量了孟加拉国2020年的季风季节, 他们的皇冠线上买球结果发表在著名的 美国国家科学院院刊 -延迟只有1到3天, 而不是NASA的官方快照需要几个月才能公布.

该团队认为这种方法可以用于地球上的其他应用, 提供准确和最新的储水量图.

希望在未来几年, 这种方法将得到进一步的完善和广泛的采用, 从而更快更准确地预测世界各地的洪水.

与此同时,与 La Niña由气象局公布, 导致预测“夏季澳大利亚北部和东部大部分地区的降雨量高于平均水平”,, 值得记住的是,未来几个月的多雨可能会在大雨过后很长时间内继续产生影响.

皇冠线上买球员
韩信璨教授

纽卡斯尔皇冠线上买球
工程、科学与环境学院“,
工程学院

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