下一代卫星如何改变我们对气候变化的看法

随着更频繁和更严重的风暴侵蚀海岸线，地图制作者必须迅速适应。

华盛顿州不断缩小的海岸线有一个令人遗憾的绰号：Washaway Beach。它的命名不是因为有什么，而是因为没有什么。在过去的一个世纪里，无法满足的太平洋洋流已经贪婪地吞噬了这片土地。

华盛顿海滩消失的海岸不是以厘米或英寸来衡量的。你不能用五金店的量尺来跟踪变化。该地区的居民距离西雅图西南大约两个半小时车程，他们正眼睁睁地看着他们的家园和企业以平均每年 100 英尺的速度被大海吞没；这大约是 10 层楼的高度。它是美国西部侵蚀速度最快的地方。

Washaway海滩是侵蚀的极端案例。 许多因素导致其迅速下降。但气候变化的加速进展，包括海平面上升和更频繁和更严重的风暴，对各地沿海社区构成了越来越大的威胁。

我从来没有去过华盛顿海滩。我第一次从美国地质调查局地球资源观测和科学中心的代理主任彼得·杜塞特那里听说了这件事。Doucette 正在通过 Zoom 向我展示 1985 年至 2017 年间社区如何变化的彩色动画地图。水侵蚀了地图的多彩斑块。棕色的海滩、红色的发达地区和浅蓝色的淡水沼泽在太平洋 32 年的冲刺中蒸发，将小镇夷为平地。当海洋接管时，看到陆地溶解成深蓝色的速度有多快，这令人震惊。

美国地质调查局

观看 Washaway Beach 消失。

即使在 5 年或 10 年前，科学家们还没有技术来可视化这样的变化，尽管他们有数据。“这是使用时间数据的力量；它利用了时间维度，这需要大量的计算能力……但我们现在拥有了，”Doucette 解释说。

更快的卫星、更清晰的近乎实时拍摄的图像和先进的计算技术使地图制作者能够在海岸变化发生时重新绘制 Washaway Beach。新兴技术将帮助科学家预测未来会发生什么，就像天气预报一样。

对于世界各地的沿海居民，或居住在易受极端天气事件影响的地区的任何人来说，这种类型的测绘可以挽救生命。最新的地图可以为需要穿越自然灾害地区的急救人员提供重要信息；居民和游客需要定期、持续的更新以适应不断变化的景观。

对于生活在受气候危机影响较小的地区的任何人来说，显示随时间变化的地图提供了一个重要的桥梁，可以帮助他们了解其他地方真正发生的事情以及发生的速度。

“通过帮助人们想象世界正在如何变化，也许这将使他们更好地了解整个气候变化，”私人卫星图像公司 Planet 科学战略主管 Tanya Harrison 说。“你的社区受到了怎样的影响？你祖母的房子受到了怎样的影响？也许她住在国家的另一边或世界的另一边。在某种程度上，这可以让这件事变得更加个人化。 "

从泥板到卫星

地图不容易定义。它们是柔软的东西，由创造它们的人的思想塑造。我们世界的不完美表现。一部分艺术；一部分科学。

尽管如此，它们还是为我们提供了决策的基准，无论是寻找最近的咖啡店、爬山还是帮助人们了解更严重的事情，比如气候变化。

“这可能有点争议，但我认为政府并不觉得监控很性感。”

Jesslyn Brown，美国地质调查局

美国地质调查局国家地理空间项目主任迈克·蒂施勒说：“[地图] 是一种非常直观的收集信息的方式，人类非常善于理解以这种方式呈现的空间信息。” “你想知道山脊上有什么，你想知道弯道周围有什么，你想知道东西在哪里。” 这可能就是为什么地图已经存在了数千年的原因。

一块被称为巴比伦世界地图或 Imago Mundi 的泥板是已知最古老的世界地图。它是在伊拉克发现的，可以追溯到大约公元前 600 年

大英博物馆受托人

巴比伦世界地图是世界上最古老的地图。

现代地图制作始于 1852 年，当时法国军官Aimé Laussedat制作了第一张带有照片的地图。Laussedat 还尝试了航空摄影，将相机贴在风筝和气球上。随着航空旅行变得越来越复杂，航空摄影在第一次世界大战和第二次世界大战中从气球过渡到飞机，并最终在 1970 年代过渡到卫星。

如今，航空摄影比地勤人员将不稳定的气球发射到空中，希望得到正确的照片时更加自动化。成百上千张图像是从飞机和卫星上自动拍摄的，以制作地图。现在，飞机和卫星定期访问同一个地方，可靠地显示土地如何随时间变化。

美国地质调查局地球资源观测和科学中心的研究地理学家杰斯林布朗说：“土地变化真的很复杂。……将它与气候联系起来，我不确定我们是否已经到了那里。” 如果不定期监测相同的地方，您就无法识别出可能指向气候变化的模式。

“这可能有点争议，但我认为政府并不觉得监控很性感，”布朗说。“但这是绝对必要的，因为你无法管理你无法测量的东西，所以我们需要进行这些测量，以便获得监测地球和监测气候变化影响的信息。”

追逐改变

在美国，Landsat 是用于监测和测绘目的的最著名的地球观测卫星。Landsat 7 和 Landsat 8 每 99 分钟绕地球一周，以每小时 17,000 英里的速度飞行。每颗卫星在 16 天内覆盖整个地球。它们一起在八天内覆盖地球，因为它们处于反向轨道。

美国地质调查局局长杜塞特（Doucette）向我展示了瓦萨威海滩（Washaway Beach）的地图，他说，这些卫星“大约有一辆小型校车那么大”，分辨率为 30 米，“每像素大约相当于棒球钻石的大小”。

自 1972 年以来，一代又一代的 Landsat 卫星一直在这样做。这一 50 年的记录使其对于跟踪随时间的变化极具价值。

“[50 年的数据] 为研究人员提供了穿越时空并监测地表正在发生什么样的变化的能力，”Doucette 说。“直到最近 5 到 10 年，随着大数据计算能力的出现，这才真正成为可能。”

美国国家航空航天局

这张喜马拉雅山脉的照片是 Landsat 9 拍摄的第一张照片。

NASA于 9 月 27 日发射了最新的卫星Landsat 9。很快，它将把 Landsat 9 的控制权移交给 USGS。然后，绕地球运行 22 年的 Landsat 7 将退役。大多数旧的 Landsat 卫星进入“处置轨道”，注定要绕地球一圈，直到它们最终重新进入大气层并燃烧殆尽。Landsat 7 不会有同样的命运；Doucette 解释说 ，它将被转移到一个不同的轨道上，以帮助测试NASA 的机器人加油项目。

美国地质勘探局地球资源观测与科学中心的综合科学与应用处代理处处长兼研究科学家特里·索尔说，陆地卫星仍然是卫星图像的黄金标准。“老实说，我不确定五年后会不会出现这种情况，”Sohl 补充道。

私营卫星公司比以往任何时候都更容易将全球范围内的变化可视化，而且成本比 Landsat 少得多。

更小、更快、更便宜、更锋利

美国地质调查局国家地理空间计划主任蒂施勒说：“如果你现在有一颗每两周覆盖一次地球的卫星，那么你可能会在那个时候摧毁房屋和城市。” 私营公司正在将更多的微型卫星送入轨道，这些卫星的建造、发射和运营成本更低，拥有非常高分辨率的摄像头，并且覆盖更多地面的速度更快。

私营公司之一，Planet，拥有两种不同类型的卫星：Dove 和 Sky 卫星。180 颗 Dove 卫星只有一条面包那么大；它们每 90 分钟绕地球一圈，分辨率为 3 到 5 米，或大约 10 到 16 英尺。

15 颗天空卫星像鸽子卫星一样在两极运行。其余六颗 Sky 卫星在更靠近人们居住地的纬度运行，以捕捉城市图像。结合起来，天空卫星每天绕地球运行 12 次。天空卫星大约有洗碗机那么大，分辨率只有 50 厘米，也就是一英尺半多一点。他们捕捉到了 Landsat 棒球钻石大小的分辨率无法捕捉到的细节。

行星实验室中国人民银行

行星卫星显示米尔恩冰架于 2020 年 7 月解体。

较小的卫星也更便宜。设计、建造、测试和部署一颗 Landsat 卫星的成本约为 10 亿美元。一颗行星卫星的成本“低至数十万美元”，但该公司并未具体说明具体价格。

拥有大量较小的卫星也使总部位于旧金山的团队更容易在本地建造它们并快速试验新技术。

“如果市场上有新的东西可以带来更好的图像质量……我们可以选择在内部将其转换为我们在旧金山总部地下室实际建造卫星的地方，并且只需说，‘嘿，让我们安装一个新传感器。让我们启动它吧，’”Planet 科学战略主管哈里森说。

这样，如果他们想测试某些东西，他们可以在一颗卫星上试用它，看看它是如何工作的，而无需更新他们舰队中的所有 200 颗卫星。

“气候实际上比人更容易预测。我不担心气候情景的可变性；我担心人们行为方式的可变性。”

Terry Sohl，美国地质调查局

它的各种卫星观测到许多与全球气候危机有关的事件。他们所看到的最显着的变化发生在最寒冷的地区。

2020 年 7 月，Planet 卫星捕捉到了最后一个完整的北极冰架的崩塌。“这显然是一场大悲剧。这不是你想看到的那种东西，但它是我们设法捕捉到的东西，”哈里森说。

眼见为实

较新的卫星正在更快地为我们提供更多数据。计算的进步正在改变地图制作者使用这些数据来展示我们的星球现在如何变化以及它在未来如何变化的方式。

杜塞特现在给我看另一张地图，这次是德克萨斯州拉伯克附近土地的投影，从现在起几十年后的样子。在某个时候，支撑该地区棉花和其他主要作物的奥加拉拉含水层将干涸。美国地质调查局的科学家与其他政府机构合作，利用陆地卫星数据、社会经济数据和气候数据，对 2014 年至本世纪末之间的拉伯克进行了预测。

该地图显示棉花作物随着奥加拉拉河的水而消失。预测将根据用水的持续情况而有所不同，因此由于不确定性，科学家们创造了最佳、中间和最坏的情况。

“气候实际上比人类更容易预测。我不担心气候情景的可变性；我担心人们行为方式的可变性，”USGS 科学家 Sohl 说。“发生的所有这些事情都是完全不可预测的，比如一项可能对景观产生巨大影响的新政府政策。”

放大图片

美国国家海洋和大气管理局

当奥加拉拉含水层的水用完时会发生什么？

无论哪种方式，奥加拉拉的水都会消失并且不会再回来。

提前知道这一点让拉伯克的人们有时间转向其他不严重依赖水的作物。Doucette 建议使用旱地小麦或将该地区还给草原。

“这就是我们希望使用 Landsat 和其他相关地球观测数据的方式，这样我们就可以了解过去变化的原因，这有助于我们开发这些模型来预测未来的潜在变化，”Doucette 说。

来自 Landsat 的历史数据与来自私营卫星公司的更高分辨率图像相结合，使地图制作者能够展示现在的气候变化影响，并模拟几十年甚至几个世纪后同一地区可能发生的情况。“[Landsat 和私营卫星公司] 确实 [是] 我们未来发展方向的一个很好的组合，”Sohl 说。

随着华盛顿州海滩的侵蚀进一步深入华盛顿州内陆，该地区闻名的淡水蔓越莓沼泽越来越受到盐水污染的威胁。但有了这些技术，科学家们可以在华盛顿海滩、奥加拉拉含水层和其他类似的地方从地图上消失之前查看模型并做出决定。

“想象一下能够进行这种投影......并在国家范围甚至全球范围内进行，”Doucette 补充道。“这是我们的希望；这仍然是一种前沿研究。”