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对抗气候变迁 光电科技打头阵
 

【CTIMES / SMARTAUTO ABC_1 报导】    2020年03月25日 星期三

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全球专家们??心????地呼吁各国重视全球气候和环境变化,而光电与光学专家则藉由最先进的光学仪器对全球的冰层、水、气体,以及生物圈广泛地测量,以评估我们这颗星球的健康状况。

光电协进会(PIDA)指出,对地球环境的光电感测可分为三大类。雷射测距擅长於量化固体(例如冰层)如何增加或减少高度。光谱成像则从影像中的每个像素收集完整的光谱数据,揭示健康与生病的动物在其栖息地中的样貌。而且,由於技术进步让器材可携性大为提升,因此各种雷射光谱技术可以摆脱笨重的仪器而在野外测量,有助於了解大气气体分布。许多技术既可以用於气象模型的日常天气感测,也可以用於长期气候趋势的追踪与评估。

近50年来,科学界一直在拍摄卫星影像,以了解地球冰层的水平范围。积雪覆盖的冰会反射大部分波长的光,与海洋和陆地不同,因此很容易测量出表面积。但是从另一方面来看,如何测量冰层的厚度就有问题了,因此,美国太空总署(NASA)的科学家在设计新的量测卫星ICEAat-2,就为它配备了雷射光达(lidar)的轨道平台,用在进行此类测量。

NASA专家表示,在设计ICESat-2任务时,就已经知道需要测量冰川和冰层高度变化,还需要测量海上浮冰的高度,这时就需要用到可对地球扫描的雷射光达。NASA最初使用最初的ICESat卫星对冰川照射雷射,这颗卫星从2003年运作至2009年,直到最後一个雷射失效为止。从ICESat的资料显示,格陵兰和南极冰原的冰川收缩速度快於预期,而2004年至2008年之间,高山冰川与冰层的融化贡献了海平面上升的三分之一。像其前身一样,ICESat-2於2018年9月在美国加州发射升空,它处於近地轨道,每年用它的高级地形雷射高度仪系统(ATLAS)观测地球四次。最初的ICESat遇到雷射问题,因为它的雷射光达被设计为以相对较慢的40 Hz重复频率发射高能量(大约100 mJ)的脉冲。相比之下,ATLAS的固态雷射之每个脉冲以10 kHz的重复频率发出1 mJ的脉冲。低脉冲能量需要较精密的感测设备,而这时光子计数检测器就派上用场。

PIDA指出,NASA最初的ICESat遇到雷射问题,因为它的雷射雷达被设计为以相对较慢的40 Hz重复频率发射高能量(大约100 mJ)的脉冲。相比之下,ATLAS二极管泵浦的固态雷射器每个脉冲以10 kHz的重复频率发出1 mJ的脉冲。由於采低脉冲能量的雷射,因此还需要光子计数检测器的辅助。像其前身一样,ICESat-2的用途在於测量冰层高度与海冰量。

然而,在很多时候,卫星正在飞越没有冰的区域。因此,NASA团队已经设计了使用ICESat-2来测量树梢高度与森林地面高度,藉此来测量森林植被的品质。NASA甚至还为智慧型手机开发了一套称为GLOBE Observer的 APP,鼓励大众安装此程式,协助测量当地树木的高度,以便与ICESat-2测量结果进行比较。ATLAS还可以透过深达30 m的水域进行观察。

截至2019年5月,NASA已经发布了ICESat-2的第一批资料集,提供给美国国家冰雪资料中心,该资料中心是储存此类讯息的美国档案馆。根据统计,在三个月内,已有800多个用户下载了将近50万个资料集。

關鍵字: PIDA 
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