新论文指出了美国宇航局卫星在监测地球生命体征中的关键作用

激光高度计是一种用于测量地球地形的精确工具，可捕获地球表面特定区域的高度和形状。卫星从太空发射激光束，照亮某个区域，然后反弹回来。目标区域的高度来自激光传播的距离以及反弹所需的时间。如果表面有植被，它会估计树冠高度和结构，以及地面。

这项新研究于1月30日发表在《自然评论地球与环境》杂志上，说明了卫星激光测高对监测整个地球系统的影响。这种激光技术部署在卫星或空间站上，确保其不受国际边界的影响。它收集有关地球关键组成部分的基本数据，例如冰层融化、海平面变化、全球森林中的碳含量以及天空中的气溶胶数量。

“我们从20年的观察中知道，这是一项伟大的技术，可以通过数据以前所未有的准确性和分辨率讲述我们星球的故事，”科克雷尔工程学院航空航天工程和工程力学系副教授Lori Magruder说，该研究的主要作者。

测量不断变化的星球

地球由不同的组成部分组成，它们共同作用：生物（生物圈）、陆地上的海洋和水（水圈）、我们周围的空气（大气）、冰盖和冰川等冰冷区域（冰冻圈）以及我们脚下的地面（地圈）。弄清楚这些组件如何相互作用并随时间变化对于弄清楚未来事物可能如何变化以及了解人类在这些变化中扮演的角色至关重要。

美国宇航局的三颗卫星任务，其中两颗正在进行中，提供了全球表面和冠层高度。这使科学家能够量化 2003 年至 2018 年格陵兰岛和南极洲每年损失 320 亿吨的陆地冰，这意味着海平面上升 14 毫米，2003 年至 2021 年北极冬季海冰体积减少 30%。在极地地区以外，水面高度表明，人类管理的水库占地球季节性地表水储存变化的57%，而地球的森林则充当净碳汇，通过森林生长补偿损失。

“卫星测高带来了如此多的发现，对于监测地球的健康状况至关重要，”弗里克说，他也是斯克里普斯极地中心的共同负责人。“我们生活在地球历史上的一个关键时期，由于大气中温室气体增加导致气候变化的影响，正在发生快速变化。人类迫切需要更好的方法来跟踪和预测地球的变化，而基于卫星的激光器提供了这种能力。

美国宇航局最初的激光测高任务ICESat从2003年运行到2009年。它的继任者ICESat-2于2018年发射，至今仍然活跃。这些任务由GEDI任务补充，该任务也仍然活跃。

斯克里普斯海洋学和德克萨斯大学奥斯汀分校（UT）的科学家在参与激光测高任务方面有着悠久的历史。在过去的十年中，斯克里普斯海洋学的弗里克作为美国宇航局科学定义小组的成员发挥了至关重要的作用，为ICESat-2卫星的成功发射做出了贡献，最近被任命为科学小组组长。

德克萨斯大学前航空航天工程教员鲍勃·舒茨（Bob Schutz）被选为ICESat的原始科学团队负责人。Magruder和Amy Neuenschwander是该论文的合著者，也是UT空间研究中心的高级研究科学家，他们都是Magruder在过去十年中领导的ICESat-2科学团队的成员。

在ICESat-2和GEDI之后，没有进一步的激光测高任务。作者强调了这项技术的有效性，并敦促持续支持其继续开发和部署。

美国国家科学院、工程院和医学院每 10 年发布一次地球科学和太空应用十年调查 （ESAS），这将有助于确定科学优先事项并指导机构对未来十年的投资。这项调查由美国宇航局、美国国家海洋和大气管理局和美国地质调查局赞助，由科学界和政策专家的意见推动。

2017-2027年ESAS十年调查 强调了卫星激光测高仪可以提供的三个“目标观测对象”：冰高程、陆地生态系统结构以及地表地形和植被，以供未来任务考虑。作者说，下一次调查将于2027年进行，肯定会在未来的地球科学卫星任务和研究中发挥作用。

“我们希望确保科学界了解这些任务产生的影响，”Neuenschwander说。“这些任务将继续在了解我们的气候和整个地球不断变化的性质方面发挥重要作用。

该论文的其他合著者包括马里兰大学的Sinead Farrell和Laura Duncanson，布法罗大学的Bea Csatho和NASA喷气推进实验室的Sahra Kacimi。

– 改编自德克萨斯大学奥斯汀分校