气候变化是对人类未来的迫在眉睫的威胁，但全球气候如此复杂，以至于通常很难看到问题的严重性。我们必须测量气候变化的最佳方法之一可能不是你所期望的——因为它与测量土地或大气无关。相反，要了解气候变化，我们需要测量海洋。
海平面上升不仅通过减少陆地面积来影响沿海社区，而且还表明了全球气温上升这一更广泛的问题。这意味着海平面上升对 NASA 非常重要，它不仅关注其他世界，还从太空监测地球。一颗新的海平面监测卫星 Sentinel-6 Michael Freilich于 2020 年 11 月发射升空，接替其前身 Jason-3 后，于今年 3 月成为海平面上升的官方参考任务。
随着 Sentinel-6 承担新角色，双胞胎继任者 Sentinel-6b 随时待命，在需要时接过接力棒，我们已为下一个 10 年的海平面测量做好了准备。您甚至可以使用NASA 的 Eyes 网络应用程序跟踪 Sentinel-6 现在在地球上空的位置。
我们采访了美国宇航局喷气推进实验室的乔希威利斯，他是 Sentinel-6 和 Jason-3 的项目科学家，讨论了如何从太空测量海平面上升。
我们的气候变化记分卡
海平面上升不仅对了解不断变化的海洋很重要。它也是我们用来衡量整体气候变化的最有价值的工具之一。 “在某种程度上，这是一张记分卡，”威利斯说。 “这是我们如何应对气候的记分卡。”
这是因为整个地球的平均温度上升在很大程度上反映在海洋的高度上。导致海平面上升的三大人为因素：格陵兰岛和南极洲的冰盖融化，全球其他地方的小冰川融化，以及导致其扩张的海洋变暖。由于冰川和冰盖融化时更多的水被添加到海洋中，以及由于全球气温升高导致水的膨胀，这些因素各占总上升的三分之一左右。由于海洋覆盖了地球的大部分地区，它们最终吸收了人类活动产生的大量多余热量。
“我认为海平面上升是人类干扰气候的最明显指标，”威利斯说。 “海洋覆盖了地球三分之二的表面，它们吸收了 90% 的额外热量，这是气候变化的全部原因，它们还吸收了冰川和冰盖融化的所有水。所以他们真的在计算我们如何以最宏观的方式改变气候的一切。”
问题不仅在于海平面在上升。就是这种上升的速度也在上升。
“海洋上升的速度并不稳定。它实际上在增加，”威利斯说。 “在 20 世纪初期，海洋以每年约 2 毫米的速度上升。到 90 年代或 2000 年代，它更像是三个。现在是每年四五毫米。因此，在过去的一百年中，增长率翻了一番多。而且它将继续以越来越快的速度增长。”
30 年的连续测量
海平面上升数据如此有价值的部分原因是它形成了自 1990 年代以来收集的长期记录。第一次全球海洋测量始于 1992 年 TOPEX/Poseidon 任务发射，随后是三颗 Jason 卫星，然后是第一颗 Sentinel。
为了保持可以在多年之间进行比较的一致数据，本系列中的所有任务都被放置在同一轨道上，以便它们获得相同的海洋视图。
每当一颗新卫星从其前身接管时，两者都会在几个月内紧密相连。这允许进行非常仔细的校准，以确保可以在迄今为止的五颗卫星上一致地追踪数据。
“就我们的气候科学记录而言，这确实是一项了不起的成就，”威利斯说。
又一个 10 年的测量
“我们拥有这个长达 30 年的令人难以置信的记录，而 Sentinel-6 的建造旨在将这一记录再延长 10 年，”威利斯说。为了实现这额外 10 年的观测，美国宇航局建造的不是一颗而是两颗卫星，两者基本相同，因此，一旦最近发射的 Sentinel-6 Michael Freilich 在 2025 年达到其使用寿命，它的双胞胎 Sentinel-6b 就可以接管.这将使海平面上升的连续记录达到 40 年。
“这是我们作为一个社区第一次决定长期这样做——承诺从太空进行海平面上升测量，而不是一次只测量一颗卫星，”他说。 “海平面不会很快停止上升，我们将无法停止测量它，因此我们需要在任务中保持这种测量的连续性。”
如果与可能持续数十年的其他卫星任务相比，这些卫星的预期寿命相对较短，那与它们运行的高度有关。当第一颗海平面上升卫星发射时，我们没有如此好的技术来确定这些卫星的位置——定位数据对于获得准确的海平面读数很重要。为了实现这一点，卫星被发射到 1,300 公里的非常高的轨道上，那里的大气层非常少，因此对辐射的保护也非常少。
研究人员希望继续将卫星发送到同一轨道以确保连续测量，但这意味着接受这些卫星将受到辐射的打击，并且每颗只能持续相对几年。
卫星上的仪器
其读数的准确性使 Sentinel-6 卫星成为国际公认的测量海平面上升的工具。来自不同领域和不同国家的研究人员一致认为，Sentinel-6 及其前身的测量值将用作海平面上升的标准测量值。
Sentinel-6 上的仪器相对简单，至少在概念上是这样。有雷达，它将无线电波发送到地面以测量卫星与海洋之间的距离，定位系统提供有关卫星高度的信息，因此可以从海平面测量中减去它，然后是一种更重要的仪器称为辐射计。
辐射计通过观察海洋的亮度来测量大气中的水量。大气中的水会影响雷达发送的无线电波，因此需要辐射计对此进行校正，并确保海平面测量的高精度。
这三个仪器，加上一致的轨道，使 Sentinel-6 成为我们测量海平面上升的最准确方法——这就是为什么它足够准确，可以作为国际参考任务。
不断变化的海洋
测量海平面上升更复杂的部分是如何解释卫星收集的数据。海洋并不平坦，因此卫星会在几平方公里的区域内平均读数以实现这一点。
但还有其他因素也会影响海平面。这包括天气，因为大气压力的变化使海洋在压力低时呈拱形，潮汐和洋流，甚至是水下山脉的重力，这些都会导致山峰出现在它们上方的海平面上。使用 Sentinel-6 数据测量海平面上升的研究人员必须通过考虑大气条件数据和海洋重力场图来考虑这些其他因素。
不过，所有这些其他影响都可以为其他研究领域提供有用的数据。通过查看给定区域的平均读数，研究人员可以估计海浪的大小以及风的强度。他们可以实时看到洋流如何在海洋中移动，因为洋流会导致海洋倾斜，因此洋流的一侧高于另一侧。它们还可以在碎片或石油泄漏到海洋中时对其进行追踪。
卫星在经过陆地时还会不断收集数据，这些数据可用于监测湖泊和河流。
卫星收集的所有数据都是公开的，全世界各个领域的研究人员都在使用它。您可以在JPL 网站或NASA 的地球数据网站上找到数据。
气候变化的威胁
通过像 Sentinel-6 这样的项目，我们可以直接看到由于我们作为人类的活动而导致的气候变化方式。我们可以看到，海平面不仅在上升，而且上升的速度越来越快，而且没有迹象表明这种变化会在短期内放缓或停止。这是一种存在主义的恐惧。
“当我们观察地球正在发生的事情时，这很可怕，”威利斯说。 “我们已经将气候带入了陌生的领域。而且每年都变得越来越陌生。”
然而，他并不对人类的未来感到绝望。相反，他强调我们星球的未来掌握在我们自己手中。
“仍有希望的空间，因为这是我们可以做的事情，”威利斯说。 “我们知道问题出在哪里，也非常清楚如何解决它。并不是说有一颗巨大的流星飞向地球，会把我们全部消灭。我们实际上可以为气候变化做点什么，我们只需要召唤意志。”