进入新千年后，欧洲航天局（ESA）开始大力发展其对地观测战略，其重要基础就是“地球探索者”（Earth Explorer）任务和“对地观测”任务的双使命战略。ESA希望能提供连续的、多时相、多分辨率的全球覆盖观测，为各方面的用户提供地球环境和资源信息。其中，“地球探索者”的任务是认识地球系统的各种过程，深入研究地球环境、气候等现象，具体观测项目包括：地球辐射平衡，降雨测量（特别是在热带地区），大气三维风场（尤其是在对流层和同温层），大气断面测量，大气化学探测、重力场与海洋环流观测、地磁测量、地表过程、地形测量等；而“对地观测”的任务则是：海岸带观测、冰探测、地表探测、大气化学成分探测、海洋观测等几个方面。

 

欧洲目前有三颗地球探索者卫星在轨运行：用于监测地球重力场细微变化的GOCE（2009年3月17日成功发射），可揭示冰块和洋流的变化；测量土壤湿度及海洋盐度的SMOS（2009年11月2日成功发射）；以及监测海冰厚度的变化和巨大冰原、冰川质量变化的CryoSat-2（2010年4月8日成功发射）。另外三个发射任务也已经确定，包括：Swarm, ADM-Aeolus和EarthCARE，并计划在未来三年内推出，分别监测地球磁场，全球风剖面特性，以及云、气溶胶和辐射。这六个发射任务一半已经完成，另外一半也列出了发射日程。第七次任务应该做什么呢？从2009年开始，ESA对一系列提案进行了分析，2012年6月确定Biomass, CoReH2O和PREMIER三个任务作为第七个发射任务，并计划在2013年3月5 - 6日奥地利格拉茨市的会议上确定最终的发射任务，显然在这次会议上仍然是一次艰难的抉择。

 

Biomass旨在测量森林生物量，评估陆地碳储量及通量。这个任务采用了一个新型的P-波段合成孔径偏振雷达（波长435MHz，带宽6MHz）。因为采用雷达探测器，这个任务除了收集有价值的森林生物量数据外，还将收集有关寒冷地区的冰盖厚度和内部结构、干旱地区的地下地质学，以及土壤水分、永久冻土和海表盐度等数据。全球森林生物量是陆地碳的一个巨大储存库，也是生物多样性的一个关键指标，显然这个数据也是非常重要的，而只有卫星观测才能量化全球热带森林的碳排放，因为目前对这个区域尚没有获得可靠的地面清查数据。

 

CoReH2O旨在填补积雪、冰川和地表水的信息。其目标是改善对冰雪覆盖区域的水平衡和水量的建模和预测，高纬度地区的水和能量循环模型，预测来自积雪和冰川的水供应，以及与气候变化和变异的关系。这个观测任务采用双频率合成孔径雷达（波长分别为9.6和17.2 GHz）在两个连续的任务期间对区域提供全天候、全年信息以及大陆尺度的雪-水当量。季节性积雪的覆盖范围就是无法从地球上进行观测的，而且这在气候变化中是一个非常重要的反馈因子，因为积雪能反射阳光，冷却地球表面以及影响淡水的供应等。有十亿多人依靠冰川和季节性降雪提供水，科学家们想知道未来是否还能继续满足这个需求，所以我们很需要这些数据。

 

PREMIER旨在推进我们更好地理解流层上层和平流层下层的痕量气体、辐射和化学等相关过程。在这个位置，水和云的辐射效应是最高的。这也是一个由小尺度过程刻划的地区特征，之前的任务并没有对此进行过研究。PREMIER是基于红外临边成像光谱仪（infrared limb-imaging spectrometer）和毫米波临边成像测深仪（millimetre-wave limb-sounder）。通过结合气象业务卫星MetOp和国家极地轨道运行环境卫星系统数据，PREMIER还可提供洞察发生在对流层低层的过程。要增强区域气候的预测，我们需要更好地了解大气环流是如何应对日益增加的温室气体浓度的。

 

这三个任务都很重要，不相上下。任何一个提案如果在格拉茨会议上通过，都几乎肯定会得到欧洲航天局的支持。 预计最终的方案将在5月份挪威斯瓦尔巴特群岛举办的董事会碰头会上确定，我们将拭目以待。参会的许多科学家表示，最好是三个发射任务同时发射就好了。但是经济危机的阴云还笼罩着欧洲，这样的想法是不可能实施的。去年西班牙、法国和意大利就减少了对ESA的投资，使得未来5年的投资将比预算的要少6亿欧元。当然，第七个地球探索者任务应该是没有问题的，但是这些拮据的财政预算可能还是会影响未来发射的规模和信心。

 

全球目前在轨运行的卫星都没有达到这三个发射任务的灵敏度。 无论是美国NASA自1972年以来的Landsat（地球资源卫星）计划，还是日本在今年晚些时候将要发射的ALOS（先进陆地观测卫星）2号，虽然都可以测定森林生物量，但其精度都无法与这些发射任务相媲美。在NASA的ICESat（冰探测卫星）2010年退役后，气候科学家们一直面临着艰难的数据危机，他们无法继续监控冰原和植被，而2009年美国的OCO（轨道碳观测卫星）发射失败后，也令气候学家们倍感沮丧。一旦ESA做出决定，这个计划将在十年内实施。 在这个决策中，科学是主要的评判标准，但成本和技术的成熟度也不得不考虑，有科学家认为这个赌注是很高的。但是，缺乏空间观测数据，要发现那些诸如格陵兰和南极冰盖的变化情况是不可能的。

 

【参考资料】
[1] About future missions.  http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/The_Living_Planet_Programme/Earth_Explorers/Future_missions/Future_missions
[2] ESA's climate-eye dilemma. http://www.nature.com/news/esa-s-climate-eye-dilemma-1.12539
[3] 遥感卫星。http://baike.baidu.com/view/423120.htm?func=retitle
[4] Mission Science Divisionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Mission_Science_Division

 

The Changing Earth

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