一颗地球卫星可以看到进行光合作用的浮游生物。 另一颗卫星测量水面高度。 这些数据共同揭示了海洋生物和海洋是如何相互交织在一起的。NASA 的 SWOT 和 PACE 任务为了解海洋作为气候引擎和生命支持系统的作用提供了前所未有的见解。 通过将 SWOT 的物理测量与 PACE 的生物观测相结合，科学家们可以更好地了解海洋动力学如何影响海洋生态系统、渔业和碳循环。
地表水和海洋地形卫星（SWOT）旨在对地球表面水域进行首次全球调查，收集地球上水体随时间变化的详细测量数据。 图片来源：NASA/JPL-Caltech
海洋是一个强大的引擎，它不仅影响着地球的天气和气候，还支持着地球上的许多生命。 美国国家航空航天局（NASA）的浮游生物、气溶胶、云层、海洋生态系统（PACE）任务和国际地表水与海洋地形学（SWOT）卫星提供的数据制作了一个新的动画，让我们一窥这台发动机是如何工作的。
海洋是驱动地球天气模式和气候的引擎，并维系着地球上的大部分生命。 美国国家航空航天局（NASA）的浮游生物、气溶胶、云层、海洋生态系统（PACE）卫星和国际地表水与海洋地形（SWOT）卫星最近发射了两项任务。
物理过程，包括被称为漩涡的局部漩涡水团和水的垂直运动，可以推动海洋中营养物质的供应。 反过来，这些营养物质又决定了被称为浮游植物的微小漂浮生物的位置和浓度，浮游植物可以进行光合作用，将阳光转化为食物。 自地球形成以来，这些生物不仅提供了地球上大约一半的氧气，还支持着具有重要经济意义的渔业，并帮助将碳从大气中吸走，锁在深海中。
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
供职于华盛顿的NASA总部地球科学部主任卡伦-圣杰曼（Karen St. Germain）说："我们看到了巨大的机遇，可以大大加快我们对海洋及其在地球系统中发挥的重要作用的科学理解。这个可视化展示了当我们开始整合SWOT和PACE海洋任务的测量数据时，我们所拥有的潜力。 这两项任务本身都很重要。 但是，将它们的数据--SWOT 的物理学数据和 PACE 的生物学数据--结合在一起，我们就能更好地了解海洋正在发生什么、如何变化以及为什么变化。"
由美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CNES）合作研制的"SWOT"卫星于 2022 年 12 月发射升空，用于测量地球表面几乎所有水域的高度。 它提供了迄今为止最详细、最全面的行星海洋及其淡水湖、水库和河流的视图。
NASA 的 PACE 卫星于 2024 年 2 月发射，用于探测和测量海洋中浮游植物群落的分布。 它还提供有关地球大气中被称为气溶胶的微小颗粒的大小、数量和类型，以及云的高度、厚度和不透明度的数据。
NASA总部SWOT和综合地球系统观测站项目科学家Nadya Vinogradova Shiffer说："整合NASA地球系统观测站及其探路者任务SWOT和PACE的信息是地球科学领域一个令人兴奋的新领域。"
该动画展示了美国国家航空航天局（NASA）的 PACE 卫星和国际 SWOT 卫星在北大西洋某区域上空拍摄的数据。 PACE 拍摄到了 2024 年 8 月 8 日的浮游植物数据；上面分层显示的是 2024 年 8 月 7 日和 8 日拍摄的 SWOT 海平面数据。 资料来源：美国国家航空航天局科学可视化工作室物理学与生物学的结合
上面的动画首先描述了 SWOT（橙色）和 PACE（浅蓝色）的轨道，然后放大到北大西洋。 第一个出现的数据是 PACE 于 8 月 8 日获取的。 它显示了叶绿素-a的浓度，叶绿素-a是植物和浮游植物光合作用的重要色素。 浅绿色和黄色表示叶绿素-a 的浓度较高，蓝色表示浓度较低。
接下来是来自 SWOT 的海面高度数据，这些数据是在 8 月 7 日和 8 日期间多次飞越同一区域时拍摄的。 深蓝色代表海面高度低于平均值，深橙色和红色代表海面高度高于平均值。 SWOT 数据颜色褪去后留下的等高线表示具有相同高度的海洋区域，就像地形图上的线条表示具有相同海拔高度的区域一样。
底层的 PACE 数据会循环显示几组浮游植物，首先是微小核藻。 绿色越浅，表示该类浮游植物的浓度越高。 最后两类是蓝藻--海洋中体积最小、数量最多的浮游植物，分别称为原绿球藻（Prochlorococcus）和中绿球藻（Synechococcus）。 对于 Prochlorococcus 而言，较浅的覆盆子色代表较高的浓度。 对 Synechococcus 而言，浅茶色表示蓝藻数量较多。
动画显示，8 月 8 日浮游植物浓度较高的区域往往与水位较低的区域重合。 北半球逆时针旋转的涡流往往会将海水从其中心吸走。 这导致中心海面高度相对较低，从而从深海吸入温度较低、营养丰富的海水。 这些营养物质就像肥料一样，可以促进表层阳光照射水域中浮游植物的生长。
由于浮游植物是海洋中大多数食物链的基础，SWOT 和 PACE 数据的重叠有助于更好地了解海洋动力学和水生生态系统之间的联系，从而有助于改善渔业等资源管理。 整合这类数据集还有助于改进对大气与海洋之间碳交换量的计算。 反过来，这也能说明海洋中吸收过量大气碳的区域是否正在发生变化。
编译自/scitechdaily