NASA的PACE卫星传回的数据正重新定义我们对地球气候和海洋的看法

美国国家航空航天局的 PACE（浮游生物、气溶胶、云层、海洋生态系统）航天器在地球上空运行。图片来源：NASA GSFC

浮游生物、气溶胶、云层和海洋生态系统（PACE）卫星于 2 月 8 日发射升空，经过数周的航天器和仪器在轨测试，以确保其正常运行和数据质量。这项任务正在收集数据，公众现在可以访问https://pace.oceansciences.org/access_pace_data.htm。

美国国家航空航天局（NASA）PACE卫星的海洋色彩仪器（OCI）可探测到超光谱范围的光线，为科学家提供了区分浮游植物群落的新信息--这是NASA最新地球观测卫星的一项独特能力。2024 年 2 月 28 日，OCI 卫星发布的第一张图像显示了南非海岸附近海洋中这些微小海洋生物的两个不同群落。图像中央部分显示的是粉红色的 Synechococcus 和绿色的 picoeukaryotes。图片左侧显示的是海洋的自然色彩，右侧显示的是叶绿素-a 的浓度，叶绿素-a 是一种光合色素，用于识别浮游植物的存在。图片来源：美国国家航空航天局

PACE 数据将使研究人员能够研究海洋中的微观生命和空气中的微粒，从而加深对渔业健康、有害藻类大量繁殖、空气污染和野火烟雾等问题的了解。利用 PACE，科学家还可以研究海洋和大气是如何相互作用并受到气候变化的影响的。

美国国家航空航天局局长比尔-纳尔逊（Bill Nelson）说："这些令人惊叹的图像进一步推动了美国国家航空航天局保护地球家园的承诺。PACE的观测将使我们更好地了解我们的海洋和水道以及以它们为家的微小生物是如何影响地球的。从沿海社区到渔业，NASA正在为所有人收集关键的气候数据。"

"PACE任务的第一道曙光是我们为更好地了解我们不断变化的地球而持续努力的一个重要里程碑。地球是一个水行星，但我们对月球表面的了解却比对我们自己的海洋还要多。美国宇航局地球科学部主任卡伦-圣杰曼（Karen St. Germain）说："PACE是几项关键任务之一，包括SWOT和我们即将进行的NISAR任务，这些任务正在开启地球科学的新时代。"

PACE 的 OCI 仪器还收集可用于研究大气状况的数据。这幅 OCI 图像的前三幅描绘了从北非飘入地中海的尘埃，显示了科学家们过去利用卫星仪器收集到的数据--真彩图像、气溶胶光学深度和紫外线气溶胶指数。下面两张图片展示了新的数据，这些数据将帮助科学家创建更精确的气候模型。单散射反照率（SSA）显示了散射或吸收光的比例，将用于改进气候模型。气溶胶层高度（Aerosol Layer Height）显示气溶胶在地面或大气层中的位置，有助于了解空气质量。资料来源：NASA/UMBC

这颗卫星的海洋色彩仪器由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心建造和管理，它通过紫外线、可见光和近红外线光谱观测海洋、陆地和大气层。以前的海洋色彩卫星只能探测到少数几种波长，而 PACE 能探测到 200 多种波长。有了这一广泛的光谱范围，科学家就能识别浮游植物的特定群落。不同的物种在生态系统和碳循环中发挥着不同的作用--大多数是良性的，但有些对人类健康有害--因此区分浮游植物群落是该卫星的一项关键任务。

PACE 的两台多角度偏振仪 HARP2 和 SPEXone 可以测量云层和大气中微小颗粒反射的偏振光。这些微粒被称为气溶胶，从灰尘、烟雾到海雾等等。这两种偏振计在功能上具有互补性。SPEXone由荷兰空间研究所（SRON）和荷兰空中客车公司（Airbus Netherlands B.V.）制造，将在五个不同的视角下以高光谱分辨率观测地球--探测彩虹的所有颜色。马里兰大学巴尔的摩郡分校（UMBC）建造的 HARP2 将以 60 个不同的视角观测四种波长的光。

PACE上的SPEXone偏振计仪器提供的早期数据显示了2024年3月16日日本上空和2024年3月6日埃塞俄比亚上空对角线范围内的气溶胶。在上两幅图中，浅色代表偏振光的比例较高。在底部面板中，SPEXone 数据被用来区分细气溶胶（如烟雾）和粗气溶胶（如灰尘和海雾）。SPEXone 数据还可以测量气溶胶对太阳光的吸收程度。在埃塞俄比亚上空，数据显示大部分细颗粒吸收了太阳光，这是典型的生物质燃烧产生的烟雾。在日本，也有细气溶胶，但没有同样的吸收。这表明东京的城市污染被吹向海洋，并与海盐混合。SPEXone 偏振观测结果显示在 PACE 的另一个仪器 OCI 拍摄的真彩背景图像上。资料来源：SRON

有了这些数据，科学家们将能够测量云的特性--这对了解气候非常重要--并监测、分析和识别大气气溶胶，从而更好地向公众通报空气质量。科学家还将能够了解气溶胶如何与云相互作用并影响云的形成，这对于创建精确的气候模型至关重要。

2024年3月11日，PACE的HARP2偏振仪拍摄到南美洲西海岸上空云层的早期图像。偏振仪数据可用于确定构成云虹的云滴的信息，云虹是由云滴而不是雨滴反射的阳光产生的彩虹。科学家们可以了解云层对人为污染和其他气溶胶的反应，还可以利用这些偏振测量数据测量云滴的大小。资料来源：UMBC

"二十多年来，我们一直梦想着能获得类似PACE的图像。终于看到了真实的东西，这真是超现实。"NASA戈达德的PACE项目科学家杰里米-韦德尔（Jeremy Werdell）说。"所有三个仪器的数据质量都非常高，我们可以在发射两个月后开始公开发布这些数据，我为我们的团队能够做到这一点而感到自豪。这些数据不仅会对我们的日常生活产生积极影响，为空气质量和水生生态系统的健康提供信息，而且还会随着时间的推移改变我们对地球家园的看法。"

PACE 任务由美国航天局戈达德分局管理，该分局还建造并测试了航天器和海洋颜色仪器。超角彩虹偏振仪 2 号（HARP2）由巴尔的摩郡马里兰大学设计和制造，行星探测光谱偏振仪（SPEXone）由荷兰空间研究所、空中客车防务公司和荷兰航天公司牵头的荷兰财团开发和制造。

编译来源：ScitechDaily