关于今年夏天飓风「哈维」(Harvey)肆虐美国德州休斯敦(Houston)地区,美国航天总署(NASA)如何致力于让约翰逊太空中心(Johnson Space Center)的任务控制中心团队确保国际太空站(ISS)的航天员继续安全飞行的相关讯息已经有不少媒体披露;在此向面临天灾威胁时放弃与家人安全待在家中、牺牲自我留守工作现场的NASA任务控制中心团队成员们致敬!

而接下来在这篇文章中,让我们一起来看看NASA所开发的技术在自然灾害发生前、发生期间以及发生后,能为地球带来什么样的贡献,包括改善灾民的生活质量以及催生更先进的天然灾难预测/预防方法。

为地球人类带来洁净的用水

位于加勒比海的波多黎各(Puerto Rico)仍有大部分小岛上缺乏淡水,而NASA的水过滤系统能协助改善这个状况。

013ednc20171016 图中的ISS水回收系统是NASA的马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)为太空站开发的再生式环境控制与生命维持系统(regenerative environmental control and life support system,ECLSS)的一部分(来源:NASA)

一家成立于2005年的公司Water Security Corporation (WSC)拥有将NASA技术商用的专利,其型号为Discovery Model WSC4的净水系统,能将被微生物污染的农业灌溉水过滤、消毒,而且不需要专业训练就能操作。

014ednc20171016 以ISS水回收系统为基础改造的净水系统正在伊拉克的Kendala 进行测试(来源:NASA)

上图中卡车上的装置则是Model WSC 0.5,支持每分钟2 公升(liters)的流速,能轻松搬运到卡车上前往不同的区域支持净水,只要一台发电机甚至是手动帮浦就能运作。

015ednc20171016 Water Security Corporation的Discovery Model WSC4净水系统,支持每分钟4加仑(gallon)的流速,可支持3万加仑的储水量(来源:NASA)

在这些净水系统中都配备专利的微生物止回阀(microbial check valve,MCV),是由总部位于美国奥勒冈州Myrtle Creek的公司Umpqua Research所开发;这种止回阀会释出碘(iodine)到被污染的水中消灭病毒与细菌,然后添加名为Iodosorb的专利树脂以去除碘。这种净水程序符合美国环保署(EPA)的标准。

从太空预警飓风并提供分析

尽早对飓风或风暴可能侵袭的区域发出预警是非常重要的,以下有几个NASA技术在此方面发挥功能的案例;其一是在2017年8月30日就被Unisys追踪到的埃玛(Irma)飓风,侵袭古巴以及加勒比海上的许多小岛整整一周,并在(当地时间) 9月10日早上9点从美国佛罗里达州Cudjoe Key登陆,达到130英哩时速的第四级风(Category 4)。

而NASA的地球观测系统数据与信息系统(Earth Observing System Data and Information System,EOSDIS)在飓风预警方面就扮演了重要角色;EOSDIS负责撷取、储存及管理所有来自NASA地球科学观测卫星的数据,以供NASA本身与地方政府、紧急救难单位、商用遥测产业、学校、博物馆等其他单位与一般大众使用;EOSDIS目前正在处理数量庞大的NASA科学数据。

NASA让EOSDIS资料完全对地球科学社群开放,并在2000年与企业界合作开发了一个地球科学「在线市集」,供大众使用者注册并快速取得需要的确切信息,在出版研究论文与相关资源时也能避开NASA已经有的内容;该注册数据库原名为Earth Observing System Clearing House (ECHO),现在已经被另一个数据库Common Metadata Repository (CMR)取代。

016ednc20171016 从NASA GOES-13卫星拍摄到的埃玛飓风影像(来源:NASA Earth Observatory, Joshua Stevens)

此外NASA还协助开发并发射一系列地球同步运转环境观测卫星(Geostationary Operational Environmental Satellite,GOES);其中的第十三号卫星GOES-13在9月10日早上8点15分埃玛飓风正通过佛罗里达礁岛群(Florida Keys)时,撷取到了合成影像数据(上方图),是在中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)撷取的蓝色地球影像上覆盖红外线数据(band 4)。

GOES-13卫星是由美国国家海洋与大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)负责运作。接下来在9月10日早上10点50分,NASA的Terra卫星上之MODIS撷取到了自然色彩的埃玛飓风影像;Terra卫星在距离地球705公里的太阳同步轨道上运作,在早上10点30分通过地球赤道。

017ednc20171016 从NASA Terra卫星以MODIS拍摄的埃玛飓风影像(来源:NASA Earth Observatory, Joshua Stevens)

MODIS是NASA的Terra卫星与Aqua卫星上搭载的重要仪器,Terra的地球轨道是定时的,会在早晨(美国时间)由北往南穿越赤道;而Aqua则是会在下午由南往北穿越赤道。Terra与Aqua卫星上的MODIS每1~2天会从36个频谱带(波长群组)观测整个地球表面,取得的数据将能让我们更进一步了解地球动态以及地表、海洋与较低大气层上发生的状况。

在飓风或是热带风暴侵袭时,人们通常会关注飓风本身的风力与雨量,但其实风暴潮(storm surges)通常才是风暴中破坏力最强、对人类生命安全威胁最大的灾害;美国国家气象局(NWS)在埃玛飓风发生时,就发出了从佛罗里达礁岛群到坦帕湾(Tampa Bay)可能发生危险风暴潮的警报;气象局预测最大风暴潮可能让一般区域的水深涨到3公尺以上,而佛罗里达州的西部海岸通常是浅水区域,很多当地的住宅区都邻近海岸的舄湖或是水道。

而在开发能准确预测地球变化的有效全球性交互式地球系统模型方面,MODIS可说是扮演了关键角色;在接下来的文章中,我们将深入Terra卫星上的MODIS仪器看看里面有哪些最新科技…敬请期待!

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(原文发表于Aspencore旗下EDN美国版,Judith Cheng编译)

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