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太空慧眼为何如此忧伤 卫星探测显示地下水正在耗竭
添加时间:2011/6/23  作者:常丽君  来源:科技日报  点击:1942  
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  地下水是地球的主要淡水资源。通过探测重力的微小变化,科学家能发现地球上哪些地方的人们正以不可持续的方式消耗着地下水。如北非、印度北部、美国加利福尼亚州的心脏腹地萨科拉曼多-圣华金峡谷等地,地下水正越来越少。

  六年消耗一个湖

  以加利福尼亚为例,该州心脏腹地萨科拉曼多—圣华金峡谷农业产值达300亿美元。根据加州大学水文模型中心的观测,自2003年10月到2010年3月,该州中心峡谷的地下蓄水层水量下降了约308亿立方米,几乎相当于美国最大的人造水库密德湖。随着气候变化、人口增长使全世界淡水供给日趋紧缺,水文学研究也变得越来越关键。水文模型中心主管杰伊·费米格莱提说,9年前,绕地球运行的重力场恢复与气候实验(GRACE)卫星发射升空,这对相同的卫星通过彼此监控,能测出有关地球重力变化的最精确数据,可为水文学研究提供强大的工具。

  费米格莱提说:“GRACE卫星能看到冰川、雪地、水库、地表水、土壤水和地下水的所有变化。它开创了高精度全球重力场观测与气候变化试验的新纪元,也是监测全球环境变化(陆地冰川消融、海平面与环流变化、陆地水量变化、强地震)的有力手段。”    

  GRACE卫星是美国国家航空航天局(NASA)跟德国航空中心的合作项目,于2002年升空后开始将重力数据传回地球。而在此前十多年,美国测量地下水只是在地球表面进行,包括1383个采用实时声探的地质调查观测井,5908个日常读数的观测点,再加上对全国数十万个井、沟、洞穴进行水位测量作为补充。    

  尽管卫星数据显示地下水出现了危机,政策制定者对这些信号仍然相当谨慎,他们对费米格莱提最近的发现提出质疑。其理由是,GRACE卫星的数据也存在一定的局限。它测量的面积越小,重力数据就越少,如果小于7.5万平方英里(19.3万平方公里)的话,要计算出地下水供给的信息就很困难,而加利福尼亚州覆盖着几个不同的地下水流域的中心峡谷面积仅为2.2万平方英里(5.7万平方公里)。费米格莱提小组计算出了地下水的整体下降,显示出南部地区图莱里市周边的问题最严重,而由于当地帝河保护区只有1875平方英里(4856平方公里)左右,所获的数据太少,还很难详细描述问题。    

  NASA喷气推进实验室水文学家菲利克斯·兰德罗对此表示:“尽管可以通过观测井来了解某个地区的情况,但要把这所有的数据整合在一起却很困难。对于水资源管理者来说,GRACE卫星给了我们一个大的整体画面。”而加利福尼亚水机构联合会成员格雷格·兹洛特尼克说,管理者害怕这一数据在加利福尼亚形成供水短缺拔河战,并被对手所利用。

  探测地球水分布

  按照最初的设想,GRACE实验会是大地测量学专家的最爱,可被用来研究地球大小、形状和旋转轴变化等。但它们涉及的领域日益广阔,气候科学家可以通过它们的数据研究冰层融化,水文学家也意识到能其研究地下含水层。    

  GRACE卫星的大小与小汽车相仿,两颗卫星相隔约135英里(216公里),以近极圆轨道运行。它们通过向对方发射微波来校准彼此之间的精确距离,测量误差不超过人的一根头发。    

  费米格莱提解释说,按照重力卫星的工作原理,质量的运动会引起重力场的时变。假如主卫星路径下的质量增加,也就是说,地势较低的密西西比盆地被水淹了,卫星的速度就会增加,两个卫星间的距离就会变大,然后在质量拉扯下两个卫星之间距离又会缩短。要测量地表任何指定区域的表面质量,可以转化为测量两个卫星之间的距离。在两个时刻之间,它只提供一个数字,就好比一个梯度。此外,还要将地下水和其他类型的水,如空气中的水分区别开,以免重力受到影响,并对地表径流信息进行分析处理。

  重力卫星数据影响水政治

  费米格莱提1992年首次听说GRACE重力卫星的时候,水政治学的概念也刚刚兴起。在冷战结束前,要获得用于综合性研究目的的数据是不可能的,因为指示地球重力场正常晃动的地图,可以用于瞄准远程导弹而被归入秘密档案。    

  如今在世界上的干旱地区,一些相邻国家共享地下水时并不友好,在很多敏感地带,如印度和巴基斯坦,突尼斯和利比亚或以色列、约旦、黎巴嫩,叙利亚和巴勒斯坦,他们往往猜疑对方过度使用了这些共有资源。    

  费米格莱提和同事肖恩·斯文森在印度北部研究地下水的消耗情况时,也遇到了难题。“当你告诉人们,我们所做的事情是不可持续的,需要改变时,人们会拒绝改变,因为改变要付出代价。”斯文森说。而费米格莱提表示,虽然水政治因素可能难以避免,但他的想法却和水政治无关。卫星显示了地下水供给正越来越少,他们的任务是确保获得最优的地下水数据。一旦地下水干涸,出现水短缺时,他们能收集和发布地球上所有水资源的供给信息。

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