用衛星觀測地球二氧化碳，NASA研究數據描繪全球氣候演變圖譜
導語：此前，特朗普政府一度要退出《巴黎協定》的消息引起了全世界的擔憂，作為全球應對氣候變化的第一個全面性的協議，《巴黎協定》體現著人類對氣候變化的日益重視。現在，來自NASA 的科學家們將用一系列的衛星觀測數據來告訴人們全球變暖的事實和發展，而這些新的發現也來源於這樣一顆神奇的衛星。
比如說，新的研究表明，在2015 - 2016年的厄爾尼諾期間，橫跨熱帶地區三大洲的乾旱、升溫和火災使二氧化碳排放量達到了歷史閥值。植物必須從大氣中吸收二氧化碳才能得以生長。
但在這次厄爾尼諾現象中，由於南美洲、非洲和亞洲的降雨量過小且溫度遠遠高於正常氣溫，樹木無法吸收足量的二氧化碳；而有的樹木則會死亡，這種高溫少雨的天氣使它們分解得更快，從而釋放出它們從空氣中吸收的二氧化碳。這些最新觀測到的變化可能為科學家們創造出的一種能夠反映全球變暖進程的全新反饋系統提供極為重要的線索。
圖|NASA正在使用如超級計算機建模等新型監測工具來模擬大氣中二氧化碳的形成，以研究如果陸地和海洋
圖|2014年發射的「軌道碳觀測者2號」衛星
自二十世紀九十年代的工業革命以來，二氧化碳排放量一直在不斷增加，而由於二氧化碳是一種具有保溫功能的溫室氣體，地球因此正在升溫。如今，化工燃料的大量燃燒排放出了大量的溫室氣體，但其中大約25％的排放物被海洋所吸收，另外25％被植物吸收。這篇文章是探索碳排放處理和應用的開始，如果放任現在這種二氧化碳大量排放的情況，地球將繼續升溫。
NASA噴氣推進實驗室（JPL）兩個項目的副主任和其他部分項目的負責人Annmarie Eldering說：「這一百年以來發生的諸多不可思議的變化和我們對這個世界日益深入的了解，都極大的幫助我們預測地球未來的發展。」
軌道碳觀測者2號衛星每天會環繞地球14次，聚焦探測10萬次，這些觀測覆蓋了之前未曾觀察過的地區，如海洋、中亞和亞馬遜雨林等區域。利用這些數據，研究人員將地球上的二氧化碳濃度繪製成了一張圖，以觀察並研究二氧化碳氣體如何被排放和吸收，以及其如何在大氣中彌散。
圖|這張繪製圖展示了二氧化碳濃度在北半球的季節性變化
在其中一項研究中，這張圖紙展示了冬季北半球（面積覆蓋了大多數大洲）如何被二氧化碳所「吞沒」。但隨著春天的到來，萬物復甦，二氧化碳濃度急劇下降。「在我看來，這簡直就像出現了一個大怪物，在每個二氧化碳濃度高的地方咬了一大口。大自然循環的力量使我感到驚異。」
另一項研究表明，「軌道碳觀測者2號」衛星的精度可達到到追蹤火山大小或像洛杉磯這樣規模大小的城市地區的二氧化碳情況。 這將有助於我們了解城市污染狀況並預測火山的噴發時間。
然而，這些僅僅是到目前為止科學家們根據這幾年的數據所發現的成果。
厄爾尼諾現象
厄爾尼諾是一種周期性的自然現象,在它的影響下產生了暖流，從而影響了全世界的氣候。而此次衛星觀測到的厄爾尼諾現象的影響範圍就非常廣大。據科學雜誌報道，今年二氧化碳的排放量相比於2011年增加了25億噸。這些多出來的碳含量，足以建造約2500萬個自由女神像。而這些二氧化碳大多來自南美、非洲和亞洲的熱帶地區，而這些地區的植物有著截然不同的應對模式。
在南美，由於乾旱，植物的生長受到阻礙，導致它們比平常吸收更少的二氧化碳。在非洲，高溫導致植物腐爛得更快，釋放出大量的二氧化碳。在亞洲，乾旱和高溫導致了森林大火，同時也會向空氣中排放了大量的二氧化碳。
圖 | 厄爾尼諾現象
然而在另一項研究中,研究人員觀察並研究了厄爾尼諾現象對不同海洋區域產生的影響。儘管全世界的海洋能夠吸收二氧化碳排放總量的大約25%，但不同海域的反應卻不一樣。來自大學空間研究協會的科學家阿布舍克·查特吉在戈達德的NASA工作，他是該研究報告的合著者。阿布舍克·查特吉指出，北大西洋在吸收二氧化碳的同時，處於熱帶的太平洋通常會釋放出二氧化碳。這是因為太平洋上向西吹來的強風會帶來大量富含二氧化碳的深海海水。所以，在熱帶太平洋的海域中，部分二氧化碳會被重新釋放到大氣中。
但是在厄爾尼諾現象發生的同時,那些強風的效果會得到減弱,使得二氧化碳的釋放量大大減少。這就意味著釋放到空氣的二氧化碳含量會減少。
但到底會下降多少呢?查特吉教授和他的同事們發現，2015年3月至7月間，也正是厄爾尼諾現象發生的第一個月，熱帶太平洋海域的二氧化碳排放量下降了54%。然而，由於南美、非洲和亞洲地區的植物釋放出大量的二氧化碳，最終，二氧化碳的濃度還是急劇上升了。
「這確實是碳循環的第一個環節，」查特吉教授說。科學家們一直想知道在厄爾尼諾現象發生時，二氧化碳的釋放量是如何波動的，而在這種波動中，陸地和海洋的作用各有多少。這些研究論文在最後都提供了一些針對這些問題的答案。查特吉教授說，「來自』軌道碳觀測者2號』衛星的觀測已經解決了這個關鍵的科學難題（陸地和海洋在碳循環中的地位和作用）。」
火山噴發和城市污染
由於「軌道碳觀測者2號」衛星能進行高解析度的測量，研究人員可以在非常小的地區（如城市或火山）觀察二氧化碳濃度。其中一項科學研究表明，二氧化碳濃度在冬季較高，因為冬季死亡的植物更多，吸收二氧化碳的能力下滑。首席研究員弗洛里安·施萬德（Florian Schwandner）是JPL的資深研究員和分析專家，他說，城市地區的汽車和發電廠的二氧化碳排放量都比郊區更高。 研究結果表明，「軌道碳觀測者2號」衛星可以快速掃描到城市污染地區，這可以與地面觀測數據互補。
「軌道碳觀測者2號」衛星也可以用於監視活火山，如萬那杜的伊蘇爾火山，不斷噴出富含二氧化碳的火山塵埃（plume）。測量表明，伊蘇爾火山每天會產生41.6噸二氧化碳。當火山忽然釋放大量二氧化碳時，新一批岩漿可能正在向地表移動——這是一種令人不安的跡象。這種新技術可以用來預測火山的噴發，Schwandner說。「我們不能阻止火山噴發，但我們可以疏散人們規避風險，」他說。「而且越早預知這種情況我們就能越早想出更多的方法來避免。」
圖|2006年萬那杜的伊蘇爾火山
光合作用
「軌道碳觀測者2號」衛星也可以檢測植物何時發生光合作用。因為在光合作用過程中，植物將微量的能量反射到大氣層，這種反射會發出亮光。
根據《科學》雜誌所刊登的另一項研究發現，這種發光肉眼不可見，但「軌道碳觀測者2號」衛星能夠以比以前的衛星（如NASA的全球臭氧監測儀器2）更高的解析度將其測量出來。
觀測植物的光合作用是了解植物是否吸收了二氧化碳的關鍵。這些測量數據被運用在厄爾尼諾現象的一份研究中，可以用於了解在2015年至2016年期間，南美洲的植物是否吸收了足夠多的二氧化碳。在將來，隨著全球變暖，這些以全球視角觀測的光合作用圖可用於預測作物的產量，Endering說。
所有這些觀察和研究都只為一個目的：幫助我們更好的了解地球本身，弄明白它在未來會如何變化。監測二氧化碳的變化可以幫助我們解開地球變化的種種謎題。 「二氧化碳會影響氣候變化，但氣候變化也同時影響著二氧化碳的排放。」Denning說。「這有點禍不單行的感覺。」
現在，我們通過對二氧化碳的持續觀測（這聽起來很不可思議）已經讓人們知道了全球變暖的事實和這背後的機制，但是更多的，我們要從數據中看到人類該有的行動，共同面對並採取有效的措施來應對全球去變暖和氣候變化。
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編譯|譚冰玥
編輯|Soybean
審閱|Soybean
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