美国宇航局的PACE和美欧合作的SWOT卫星提供海洋的综合观测

一颗地球卫星可以观测进行光合作用的浮游生物。另一颗卫星测量水面高度。综合起来，它们的数据揭示了海洋生物和海洋是如何相互交织的。

海洋是驱动地球天气模式和气候的引擎，也是地球上相当一部分生命赖以生存的引擎。基于最近发射的两项任务（NASA 的浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统 (PACE) 和国际地表水和海洋地形 (SWOT) 卫星）的数据，制作了一部新动画，让我们一窥该引擎的核心。

物理过程，包括局部旋转的水团（称为涡流）和水的垂直运动，可以推动海洋中的营养物质供应。反过来，这些营养物质决定了微小漂浮生物（称为浮游植物）的位置和浓度，这些生物可以进行光合作用，将阳光转化为食物。自地球形成以来，这些生物不仅贡献了地球上大约一半的氧气，还支持了具有重要经济意义的渔业，并帮助从大气中吸收碳，将其封存在深海中。

“我们看到了极大的机遇，可以大大加速我们对海洋的科学理解，以及它们在地球系统中发挥的重要作用，”美国宇航局华盛顿总部地球科学部主任凯伦·圣杰曼 (Karen St. Germain) 说道。“这种可视化展示了当我们开始整合来自 SWOT 和 PACE 海洋任务的测量数据时所拥有的潜力。这些任务本身都很重要。但将它们的数据整合在一起——来自 SWOT 的物理学和来自 PACE 的生物学——可以让我们更好地了解海洋正在发生的事情、它们如何变化以及原因。”

SWOT卫星是美国宇航局与法国国家空间研究中心 (CNES) 合作的成果，于 2022 年 12 月发射，用于测量地球表面几乎所有水的高度。它提供了迄今为止最详细、最全面的地球海洋及其淡水湖泊、水库和河流的视图之一。

美国宇航局的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称为气溶胶的微小颗粒的大小、数量和类型以及云层的高度、厚度和不透明度的数据。

美国宇航局总部综合地球系统观测站和 SWOT 项目科学家 Nadya Vinogradova Shiffer 表示：“整合美国宇航局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前沿。”

物理学和生物学的交汇之处

上面的动画首先描绘了 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 日获得的。它揭示了叶绿素 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 浓度较高，而蓝色表示浓度较低。

接下来是 SWOT 的海面高度数据，这些数据是在 8 月 7 日至 8 日期间在同一地区多次飞行时获取的。深蓝色表示低于平均海面高度的高度，而深橙色和红色表示高于平均高度的高度。SWOT 数据的颜色褪色后留下的等高线表示海洋中具有相同高度的区域，就像地形图上的线条表示具有相同海拔高度的区域一样。

然后，底层 PACE 数据循环显示几组浮游植物，从超微真核生物开始。较浅的绿色表示该组的浓度较高。最后两组是蓝藻——海洋中最小和最丰富的浮游植物——称为原绿球藻和聚球藻。对于原绿球藻，较浅的覆盆子色代表浓度较高。对于聚球藻，较浅的青绿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往往与水位较低的地区相吻合。北半球逆时针旋转的涡流往往会将水从中心吸走。这导致中心的海面高度相对较低，从而从深海中吸收较冷、营养丰富的水。这些营养物质就像肥料一样，可以促进阳光照射下的海面浮游植物的生长。

叠加 SWOT 和 PACE 数据可以更好地了解海洋动力学和水生生态系统之间的联系，这有助于改善渔业等资源的管理，因为浮游植物是海洋中大多数食物链的基础。整合这些类型的数据集还有助于改进大气和海洋之间碳交换量的计算。这反过来可以表明吸收过量大气碳的海洋区域是否正在发生变化。

有关 SWOT 的更多信息

SWOT 卫星由 NASA 和 CNES 联合开发，加拿大航天局 (CSA) 和英国航天局也参与其中。NASA 的喷气推进实验室由位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院为该机构管理，并领导该项目的美国部分。对于飞行系统有效载荷，NASA 提供了 Ka 波段雷达干涉仪 (KaRIn) 仪器、GPS 科学接收器、激光反射器、双波束微波辐射计和 NASA 仪器操作。卫星综合多普勒轨道和无线电定位系统、双频波塞冬高度计（由泰雷兹阿莱尼亚宇航公司开发）、KaRIn 射频子系统（与泰雷兹阿莱尼亚宇航公司合作并得到英国航天局的支持）、卫星平台和地面操作由 CNES 提供。KaRIn 高功率发射器组件由加拿大宇航局提供。