科学家欲绘制荧光地图评估全球碳收支状况—资
时间:2017-12-07

  科学家想要绘制荧光图来评估全球碳预算 - News - Science Net

  这是小学的一课:阳光洒在树叶上,捕获二氧化碳。大气中的二氧化碳被吸收并固定在糖分子上。但有一个令人惊讶的额外的描述:叶子会重新发射1%的太阳,发出红色的光环。

  几十年来,植物生理学家对叶绿素荧光有了一些了解。但是近年来科学家已经开始描绘太空中微弱的信号。科学家们现在正在计划利用美国宇航局的轨道碳观测卫星(OCO-2)更清晰地观测叶绿素荧光,该卫星将于7月1日发射。

  这个4.68亿美元的OCO-2将取代五年前掉进海洋的碳观测站。事实上,荧光光谱不是原来的OCO-2任务的一部分。但项目组的许多成员表示,目前的荧光地图已成为该项目的任务之一。在我看来,这是卫星最具创新性和革命性的观测任务。美国喷气动力实验室(JPL)的项目科学家Mike Gunson说。

  光合作用的其他变量(例如绿色和叶面积)也可能是有问题的:例如,常绿的森林是一年四季都是常绿的,即使冬天只吸收很少的二氧化碳。相比之下,植物只有在发生光合作用时才会发出荧光,因此这种光线直接反映了植物吸收的碳量。准确的荧光图将校正全球碳预算中的误差,并为评估干旱和热量下生态系统的行为提供新的工具气候变化造成的压力。

  OCO,JPL的首席研究员大卫·克里斯普(David Crisp)说,利用卫星绘制这种地图的能力,对于等待OCO替代品的长期预期是一线希望,我们甚至不知道我们可以采取这样的措施,告诉我们该在哪里行动,他说。

  在2009年发射几分钟之后,携带OCO的金牛座XL火箭的盾牌未能打开,卫星最终落入太平洋。对于气候学家来说,这次失败的打击是毁灭性的,他们希望卫星可以补充地面二氧化碳的测量。 OCO计划绘制二氧化碳源和汇。一些科学家指出,卫星也将帮助检测国家是否符合减排要求。

  后来,研究人员一直在争夺替代卫星的政治支持。到2010年,JPL批准并资助了OCO-2的建设,并对卫星进行了一些可能的改变。然而,2011年,“金牛座”XL型火箭在运送另一颗美国宇航局卫星时遭遇了类似的失败。

  美国航空航天局已经有足够的了:它决定把OCO-2交给三角洲二号火箭。这迫使OCO-2小组推迟时间表。与此同时,该团队发现旋转惯性轮的问题使得2013年行星猎人开普勒望远镜变得蹩脚,结果,研究小组有足够的时间更换轮子。

  同时,叶绿素荧光科学时代也宣布。 2009年,日本航空研究开发机构启动了温室气体观测站(GOSAT)。 GOSAT没有详细描述二氧化碳,因为OCO-2会做,但它有类似的光谱分辨率,梳理阳光的能力。使用GOSAT数据,几个研究小组意识到,要测量具有云和气溶胶干扰的二氧化碳,他们将会识别(并减去)荧光信号。正如我们所说的,一个人的噪声是另外一个信号。美国宇航局戈达德太空飞行中心的遥感科学家乔安娜·乔纳(Joanna Joiner)说。

  GOSAT和OCO-2的相关制图能力可以显示特定地区二氧化碳的净交换。使用荧光信号,研究人员能够探索并深入了解构成净交换的两个组成部分:光合作用的碳吸收和呼吸的碳排放。而且,他们可以在不同的气候条件下观察这些因素随时间的演变。 GOSAT的数据提供了线索:“美国科学院学报”发表的一项研究发现,美国玉米带的荧光峰值比世界其他地区要高,而气候模型可能会低估50%-75%的在该区域的碳吸收%。

  荧光测量也将有助于解决关于亚马逊热带雨林如何应对干旱的长期争论。一些科学家认为,密集的亚马逊森林的光合作用不受水和光的限制,因此在干旱期间通过增加照明可以实现绿化。这份发表在2013年英国皇家学会杂志B上的文章在2013年指出,GOSAT数据显示,在亚马逊雨林的一些地区,荧光较少,甚至叶面积指数达到高点旱季。

  相关应用也将超出气候科学的范围。 OCO-2分辨率约2000米。在低于千米的空间分辨率下,荧光绘图仪将评估拼接场地中不同作物的生产力。这将产生一个更准确的全球粮食生产地图,以及它们如何应对作为适应气候变化的宝贵信息的干旱或热浪。 ESA荧光勘探任务(FLEX)项目的科学家Matthias Drusch问道:在气候变化的环境中,我们是否能在正确的地方找到正确的作物?

  Crisp知道完成这些任务是多么困难。他说,他将在2001年与NASA第一次进行OCO项目后每周工作80个小时。虽然他担心未来的卫星发射,但他仍计划在Vandenberg空军基地发射场观看。我们尽了一切所能他说,我希望我们是对的。我真的希望它可以熄灭。 (张章)

  中国科学通报(2014-06-25第3版国际)

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  科学报告摘要(英文)