美国宇航局双子卫星准备帮助测量地球能量平衡

PREFIRE 任务提供的信息将阐明北极和南极的云层和水蒸气如何影响两极向太空辐射的热量。

美国宇航局的一对鞋盒大小的新卫星将有助于解开困扰科学家多年的大气之谜：地球极地地区的云层和水蒸气的行为如何影响地球的气候。

美国宇航局远红外实验 ( PREFIRE ) 任务中的首颗立方体卫星于 5 月 25 日星期六从新西兰发射。第二颗 PREFIRE 立方体卫星计划于 6 月 1 日星期六升空，发射窗口将于新西兰标准时间下午 3 点（美国东部时间 5 月 31 日星期五晚上 11 点）开放。

这项任务将测量地球从地球上两个最冷、最偏远的地区向太空排放的热量。PREFIRE 的数据将改进研究人员用来预测全球变暖背景下地球冰、海洋和天气将如何变化的计算机模型。

该视频概述了 PREFIRE 任务，该任务旨在通过扩大科学家对地球极地辐射热量的了解来改善全球气候变化预测。NASA/JPL-Caltech

地球在热带地区吸收了大量太阳能量，天气和洋流将这些热量输送到两极（那里接受的阳光要少得多）。冰、雪和云等极地环境将部分热量释放到太空，其中大部分以远红外辐射的形式释放。地球在热带地区吸收的热量与北极和南极辐射出的热量之间的差异是影响地球温度的关键因素，有助于驱动气候和天气的动态系统。

但两极的远红外辐射从未得到过系统测量。这正是 PREFIRE 的作用所在。该任务将帮助研究人员更清楚地了解地球极地何时何地向太空发射远红外辐射，以及大气水蒸气和云层如何影响逸出的辐射量。

组成 NASA PREFIRE 任务的两颗鞋盒大小的立方体卫星之一，就放在 Blue Canyon Technologies 的桌子上。该公司建造了卫星总线，并集成了 JPL 提供的热红外光谱仪。

美国宇航局/加州理工学院喷气推进实验室

云层和水蒸气可以捕获地球上的远红外辐射，从而升高全球气温——这是温室效应的一部分。

威斯康星大学麦迪逊分校教授、PREFIRE 首席研究员 Tristan L'Ecuyer 表示：“如果我们想准确模拟地球气候，正确理解云层的影响至关重要。”

气候模型中的云

地球两极的云和水蒸气就像夏日里的窗户：北极晴朗、相对干燥的天气就像打开一扇窗户，让闷热的房间散发热量。多云、相对潮湿的天气就像一扇关闭的窗户，将热量困在里面。

云的类型及其形成的高度会影响极地大气保留的热量。就像有色玻璃一样，主要由水滴组成的低海拔云往往具有冷却效果。主要由冰粒组成的高海拔云更容易吸收热量，产生变暖效果。由于中海拔云的水滴和冰粒含量可能不同，因此它们可以产生变暖或冷却效果。

但云是出了名的难以研究：它们是由微小粒子组成的，这些粒子可以在几秒钟到几小时内移动和变化。当下雨或下雪时，水和能量会发生巨大的变化，这可能会完全改变云的特性。这些不断变化的因素使得在气候模型中真实捕捉云行为的任务变得复杂，而气候模型试图预测全球气候情景。

各种气候模型对云层的描述不一致，可能导致预测气温升高 5 华氏度或 10 华氏度（3 摄氏度或 6 摄氏度）的差异。PREFIRE 任务旨在减少这种不确定性。

每艘航天器上的热红外光谱仪将对远红外范围内的光波长进行关键测量。这些仪器将能够探测到其他类型的光学仪器基本上看不到的云层。PREFIRE 的仪器将足够灵敏，能够探测到颗粒的大致大小，以区分液滴和冰粒。

“PREFIRE 将为我们提供一种观察云层的新视角，”美国宇航局喷气推进实验室大气科学家、PREFIRE 科学团队成员 Brian Kahn 说道。“我们还不太确定我们会看到什么，这真的非常令人兴奋。”