【战略前沿】我们变化的星球
来源: http://www.globalchange.gov/sites/globalchange/files/Our-Changing-Planet-FY-2015-full-res.pdf
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2015-01-06

美国全球变化研究计划与全球变化研究小组委员会报告

美国全球变化研究计划2015财年补充预算

(摘译对地观测章节)

2.1.1. 地球系统变化观测

要了解全球变化,我们首先必须能够观测与测量其表现。美国全球变化研究计划(USGCRP)科学――包括基础研究、建模、评估以及科学决策支持――取决于对贯穿于整个地球的大气、海洋、土地和冰进行全面、持续及多学科的全球变化观测。这些利用各种高科技手段收集的观测数据通过数据分析转化成有附加值的产品,为巩固我们对目前和未来的变化、影响以及脆弱性的认识。USGCRP关于对地观测的组合包括星载、机载、地基及海基的任务、平台与网络――所有这些都提供地球系统变量的测量值,这是理解和应对全球变化(重点1)所必需的。新的观测系统需要长期规划,因此依赖于对此领域予以关注的持续计划。

展望2015年财年,USGCRP将加强及整合观测以支持其任务,特别强调跨机构的优先研究项目(见第4章),包括从季节性到数十年的预测,气候变化下干旱灾害的原因及后果、全球变化对北极的影响(重点2),提供可操作的科学决策支持(重点3,也见第3.2节)。USGCRP也将致力于评估在与美国地球观测组(USGEO)合作中的关键观测缺口。最近公布的《国家民用地球观测计划》[1],由白宫科技政策办公室制定、由USGEO领导进行跨部门合作完成的,将最高优先研究领域放在对地球系统研究进行持续观测――直接支持了USGCRP的战略目标。

近期工作重点

重点1:测量全球变化的两大前沿任务

2014年,NASA发射了两个新的卫星飞行任务,将有助于我们了解气候与全球变化的基本进展。2月份与日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)合作发射的全球降水测量卫星(GPM),携带最先进的仪器,空前地实现了每3个小时观测一次全球范围的降雨与降雪。这种高分辨率的观测数据将改进对极端天气与气候事件的预报,导致对全球水和能量循环的更好认识,并能够支持淡水资源可利用量预测。该GPM任务已传回了前所未有的观测数据,包括对2014飓风季的首个飓风“亚瑟”的测量。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/NgWY

今年7月,NASA启动了轨道碳观测卫星2号(OCO-2),其第一颗卫星专门用于在空间测量大气二氧化碳。这一新的卫星任务将提供人类与自然来源的二氧化碳全貌图,也将有助于量化二氧化碳汇――地球上不同地方从大气中自然地提取二氧化碳的量。OCO-2卫星每天收集成千上万的测量数据,提供分辨率显着增加的二氧化碳观测数据。结合从地面站、遥感飞机以及其他卫星数据,这些测量数据将有助于解答全球碳循环的关键问题(见重点4)以及它与气候变化之间的相互关系。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/NgWB

这帧GPM动画数据显示飓风“亚瑟”位于南卡罗莱纳州海岸外的内部结构。这一事件标志着卫星首次获得飓风全生命周期雨与冰的高分辨率测量数据。GPM任务观测像“亚瑟”那样的风暴有助于科学家解答关于飓风如何和怎样增强的紧迫问题。(引自:NASA科学可视化工作室/JAXA)

重点2:为满足科学与社会需求的北极观测

推进北极科学的进步,对理解全球气候动力学、支持政策制定以及管理国内外重要资源至关重要。与北极研究政策联合委员会(IARPC)和USGEO协作,USGCRP成员机构对北极环境进行观察并监测,了解全球变化对这一生态、文化、经济十分重要地区的影响。极轨卫星提供的数据结合了基于地面的测量网络数据、航空与田间调查数据,以及研究项目数据。美国北极观测能力和活动是高度跨学科,跨越物理、生物、社会科学,并依靠许多机构合作、互补的共同努力。2015财年,北极观测将依靠近几年发展起来的能力,支持关于海平面上升、海冰范围改变、气象预报以及永冻层生态系统等新的科学;加强国际伙伴关系;为保护环境与制定决策提供新的信息支持(见专栏3)。

专栏3:北极观测活动

北极研究是2015财年USGCRP确定的跨部门研究优先领域(见第4章),在研计划着重开展极端天气与气候事件以及地球系统拐点研究。大多数长期与即将开展的北极观测活动详见下文。

基础研究与监测

 

  • NASA开展的“冰桥行动”测量极地的冰体,为了更好了解他们与全球气候系统之间的关联。使用配备雷达设备和精密激光探测器的遥感飞机,“冰桥行动”评估了海冰、冰川以及格陵兰岛和南极洲冰盖厚度的年均变化值,同时测量了其他有助于改进冰损失及海平面上升预报的关键参数。“冰桥行动”是NASA收集冰厚度变化时间序列的数十年任务的一部分。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/8Vmk
  • 美国能源部(DOE)有两个大气辐射测量观察站对阿拉斯加北坡进行观测,一个在巴罗,一个在欧里克托克点,旨在探讨整个北极地区的大气、海洋和海冰之间的关系。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/8VPB
  • DOE下一代北极生态系统实验――基于在阿拉斯加密集观测活动,代表了10年时间尺度的努力,观测与了解永久冻土层生态系统变化的驱动过程。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/5PSw

 

北极观测活动

 

  • NASA领导的北极寒带脆弱性实验,将以地面研究为基础,配以从卫星和航测获取的地理空间数据,更好地了解北美洲西部北极和寒带地区气候变化生态系统与社会脆弱性。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/8VmP
  • 在其众多应用中,NASA即将推出的土壤湿度主被动探测卫星任务将提供新的关于土壤湿度以及永久冻土层冻结/解冻的周期信息,以支持北极及寒带生态研究。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/8VEH
  • 许多正在进行的极轨卫星任务定期为北极监测与研究提供关键数据,其中包括来自美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的天气数据、来自国防气象卫星计划的海冰被动微波测量数据、NASA Aqua/ MODIS卫星成像数据、来自NASA和美国内政部(DOI)的美国地质调查局(USGS)Landsat卫星的可见与热红外数据,以及其他数据。 

在一次“冰桥行动”飞行中,NASA P-3B飞行器在东格陵兰岛外丹麦海峡附近拍摄的图片显示,稀薄海冰上反射的阳光,以及几块浮动冰山。(引自:NASA)

 

美国支持的国际网络

 

  • 北极观测网络有助于国际持续开展北极观测,有助于组成一个具有环境监测功能的跨部门系统――从海洋浮标到卫星――以推进对北极地区发生的重大而迅速变化的理解。当前支持这一努力的北极观测包括:分布式生物观测台站(NSF、NOAA以及国际合作伙伴)、永久冻土层热状态(NSF,DOI所属的美国渔业与野生动物服务局、土地管理局以及国家公园管理局,DOE,以及国际合作伙伴)、以及基于社区的适应与安全观测网络(NSF和国际合作伙伴)。要了解更多内容,请访问:http://goo.gl/KWBWFB
  • NOAA、NASA、NSF、美国海军以及美国海岸警备队与学术界合作伙伴共同在北极海域部署的浮标,是国际北极浮标计划的一部分。这个漂流浮标网络同时为研究与运行管理提供了关键的气象和海洋数据。浮标提供了关于海冰的年代、范围、移动及其他因素的数据。要了解更多内容,请访问:http://goo.gl/Lyhy3C

 

可持续性与适应性

  • DOI阿拉斯加气候科学中心致力于了解气候变化对阿拉斯加生态系统及其自然、文化资源的影响,并提供可持续解决方案。最近的一个项目使用NASA卫星提供的测高、雷达、重力数据,对冰川径流变化对沿海生态系统的影响进行量化。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/8VyF
  • 美国农业部开展一个全国范围内的土壤气候分析网络――其中包括在北极建立观测站――以支持自然资源评估与保护活动。除气象参数以外,该网络采集不同深度的土壤温度与湿度数据。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/NxgF
  • NOAA阿拉斯加气候评估与政策中心,区域综合科学与评估(RISA)计划的一部分,最近曾与研究伙伴共同制作了阿拉斯加海冰地图集。该地图集――应沿海社区、滨海工业的和军事需求而开发――特点是将阿拉斯加海域距岸300英里内的海冰观测数据进行数字化处理。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/NxgF

 

 

重点3:加强生物多样性全球观测

减缓生物多样性丧失的速度,避免急剧的生态系统变化是国际共同目标。通过向生物多样性计划(DIVERSITAS)提供资金,USGCRP支持国际地球观测组生物多样性观测网(GEO BON)建立一个全球性、稳健的科学框架,用于探测生物多样性变化,旨在填补现有数据缺口,连接全球分散的观测系统。为了达到这一目标,GEO BON正在开发一套基本生物多样性变量(EBVs)。EBVs旨在检测地球生物多样性中代表性元素的变化,尤其是那些与生态系统服务和社会需求最相关的变化,并且可以提供在不同管理与政策情景方案下生物多样性变化的情景。要了解更多内容,请访问:http://goo.gl/8UipOg

生物多样性是沿海与海洋生态系统健康以及社会依赖这些生态系统提供服务能力的关键指标。认识到有必要监测这个重要指标,USGCRP机构DOI、NASA、NOAA等部门于2013年发布了联邦资助机会,在美国沿海水域、五大湖区以及专属经济区建立海洋生物多样性观测网络(Marine BON)示范。要了解更多内容,请访问:http://go.usa.gov/NcjA

在野外进行生物多样性监测(引自:C. Körner)

 

(黄铭瑞、青秀玲编译,殷永元审核)

 


[1] 《国家民用对地观测计划》,2014,http://go.usa.gov/5VuJ