【國際土壤年專題】NASA發射人造衛星觀測全球土壤濕度

■美國國家航空暨太空總署(NASA)於今年一月底從美國加州的范登堡空軍基地(Vandenberg Air Force Base)成功發射了一枚衛星,用於觀測地球土壤水分,有助於預報水患和監控乾旱,並預期能改進天氣預測等等。

Photo credit: NASA
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撰文|黃貞祥

造價9億1600萬美元(折合284億台幣)的「土壤水分觀測」(Soil Moisture Active Passive,SMAP)人造衛星,由波音公司「代爾他二號」(Delta 2)火箭運載上685公里高的太空軌道。

在這之前歐州太空總署的「土壤濕度及海水鹽度」(Soil Moisture and Ocean Salinity,SMOS)衛星是世界上第一顆專用於提供全球土壤濕度及海水鹽度資訊的人造衛星。該衛星首次採用干涉式成像輻射計技術,不過SMOS衛星的地面(海面)分辨率只有30~50公里,而且常會被地面的軍事和民事雷達干擾,SMAP衛星使用的頻寬較窄,所以理論上干擾較小。

900多公斤重的SMAP衛星把兩個儀器對準地球表面,觀測全球土壤最上層五公分的水分,並計算達一公尺的水深。兩個儀器分別是輻射儀和雷達。雷達向地球發射微波,根據從地球表面反射回來的波頻判定水分,取得高解析度的資料。輻射計用於偵測土壤發出的輻射,雖然解析度較低,但較不受干擾。輻射計和雷達兩者相輔相成能讓科學家截長補短。SMAP衛星每兩三天即可掃遍全地球,產生解析度九公里的水分地圖。

Photo credit: NASA
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土壤水分蒸散到空中,在大氣層移動會影響太陽光照而改變氣溫,土壤水分也決定植物成長而影響二氧化碳的吸收。因此地球的水循環、碳循環、能源循環這三大循環,都和土壤水分息息相關。

地球土壤水分多寡攸關預測低窪地區是否將會發生水患,以及農田是否將遭受乾旱之苦。目前氣象專家必須主要仰賴地面儀器資料,藉由電腦模擬,來發布乾旱地圖和洪水警報。但有了SMAP衛星,可以居高臨下地收集資訊,會有更佳的數據來進行預測。研究在地球暖化的情況下,農作物和森林將產生何種變化,進而有助於對未來愈來愈常見的乾旱和風暴等極端天候預作準備。

除了讓氣象預報氣象更準確,土壤水分多寡直接影響農作物收獲,農業部和聯合國世界糧食計畫都可根據SMAP的資料修正農產和饑荒賑災計畫;主管供水的政府單位也可確認轄區乾旱程度,及時調整未來農田灌溉和自來水供應;疾病防治中心(CDC)等公共衛生單位也用得上SMAP的資料,因為積水往往是蚊蟲滋生的溫床。

此外SMAP的資料也能用以判斷土壤的冰凍和融解狀態,土壤的冰凍-融解狀態也能用於行軍至人煙罕至之處時的重要參考;德國的科學家也將利用資料來研究北冰洋的浮冰分佈。

參考資料:
Boer Deng. Soil-moisture probe readies for launch. Nature | News. 27 January 2015.
Eric Hand. NASA's new soil moisture satellite could improve forecasts. ScienceInsider. 27 January 2015.
David L. Chandler. Scientist discusses three-year mission to study how soil, water, and carbon interact. Jan 27, 2015.

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作者:黃貞祥 現於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育 生物學研究。科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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