Himawari-8卫星:东亚上空的实时监控摄像头

日本于2014年发射了新一代固定轨道同步卫星Himawari-8,它所携带的传感器能每隔10分钟提供一幅最新的东亚地区影像,影像的空间分辨率1公里。

能提供这种时空分辨率(10分钟、1公里)影像的卫星可谓是前所未有,几乎就是在东亚上空安装了一个实时监控摄像头。这对于整个东亚地区的实时灾害监测意义重大。其应用范围包括大范围(森林)火灾,洪水,沙尘,大气污染,台风及大规模降水,干旱等。比如2015年天津滨海新区爆炸时,该影像及时捕捉到了了事发地点的火情[i]。中国国家卫星气象中心也计划将该卫星数据整合到现在的气象局系统中[ii]

目前该数据免费提供给所有联合国气象组织成员机构,其中包括中国气象局。因此在中国地区,中国气象局及其相关部门为最先拿到该数据的机构,同时已经开始了相关的研究。此外日本宇航局(JAXA)也对非商业用户免费提供原始数据下载(见http://www.eorc.jaxa.jp/ptree/index.html 免费注册即可获取数据),官方提供了相关的文件说明。

原始数据格式有两种HSD格式(.dat后缀)和netCDF格式(.nc后缀)。JAXA官方提供了HSD格式的说明[iii]。而从2016年8月开始提供的netCDF格式则是空间数据常用格式,使用常用的netCDF工具处理即可。

目前基于该卫星的科学研究与工程应用几乎为空白,相关领域大有可为。

参考资料:

[i] 《美太空科研机构发布天津滨海新区爆炸卫星图(图)》2015年08月13日 04:17 来源:凤凰资讯http://news.ifeng.com/a/20150813/44414936_0.shtml

[ii] 中国政府采购网《国家卫星气象中心葵花8(Himawari-8)卫星数据应用系统建设项目征求供应商意见公告》 http://www.ccgp.gov.cn/cggg/zygg/qtgg/201608/t20160811_7169719.htm

[iii] http://www.data.jma.go.jp/mscweb/en/himawari89/space_segment/sample_hisd.html

全球变化是骗局吗?

2015年11月30日至2015年12月12日,法国巴黎召开了《联合国气候变化框架公约》第21次缔约方会议(即巴黎气候变化大会)。会议同意了将全球平均气温的增长幅度控制在工业革命以来的2度以内,并力争控制到1.5度内。

Nature 上的文章 Geosciences after Paris   讨论了巴黎会议后的地球物理学的未来研究方向。其中一个重要的研究问题就是:1.5℃和2℃到底有什么区别?换句话说,科学界现在仅仅只知道气候变化会带来负面影响,但是并不清楚把控制气温在 1.5℃以内、2℃以内、或者更高的温度对地球有什么不一样的影响。在气候变化的影响并不确切清楚的情况下,各个国家政治代表却为了1.5℃还是2℃展开了激烈的谈判。

现在大家还没弄清楚气候变化有什么后果,各个大国就开始讨论控制温度增长、控制温室气体排放。这可能是气候变化被称为“骗局”的原因。

根据IPCC的第五次评估报告,1950年代以来的地球上发生的变化是近几千年间从未有过的,大气和海洋已经升温,雪量和冰量出现下降,海平面已出现上升,而且人类的活动极有可能是导致这些变化的原因。注意,这里的变化指的是相对于近千年的历史。“近千年”,大致就是人类社会刚刚出现的时间,整个地球有近50亿年的历史,“千年”实在是太渺小了,千百万年、甚至亿年前是否有过更大的变化呢?当然有过。比如恐龙灭绝的白垩纪,当时的平均气温比人类工业革命前要高4℃。比巴黎会议上制定的2℃阈值还要高。

此外,IPCC的第五次评估报告也指出,现在大气中温室气体的浓度,达到了近80万年来的最高水平。“80万年前”属于地质历史上的新生代第四纪,早期的人类刚刚形成。但是,历史上还有比现在的温室气体浓度更高的年代,比如白垩纪时期,平均大气CO2含量约1700 ppm[1](现在地球上的CO2浓度约400ppm)

很显然,人类现在正在经历的“气候变化”,对地球本身看来,算不上“变化”。历史地质时期中,气候的变化比现在更加剧烈。从这一角度来讲,“气候变化”这个词过于危言耸听,更准确的描述应当是“人类生存环境变化”。真正发生了剧烈变化的,是人类的生存环境。比如冰川融化带来的海平面上升,在地球历史上发生了无数次,但这一次让一些大洋岛国面临了灭顶之灾。另外,由于气温上升,也导致了部分地区的干旱加剧,给粮食生产带来了挑战。

但是,气候变化对人类生存环境的影响并非全是负面。例如,由于气温升高以及二氧化碳浓度升高,促进植物生长,全球许多地区的植被出现了增加,甚至提高了部分地区粮食产量[来源请求]。IPCC第五次报告也承认,气候变化带来的“风险分布不均,并且通常对各发展水平国家的弱势群体和社区的影响更大”

因此,全球变化带来的影响并非气候变暖、温室气体浓度上升那么简单。它对海平面、冰川、水资源、农业、渔业和人类经济产生了复杂的变化。这些变化并不是简单的“好”或者“坏”。在这场变化中,有人得利,有人受损。这场人为导致的气候变化,甚至可以看作是一场地球自然资源的重分配。而国际气候谈判,就是各个利益团体之间的较量。

气候变化本身不是骗局,它描述的是人类生存环境的变化,立论于人类有文明以来的科学研究事实,但对地球本身而言不值一提。在过去的一百多年里,它对人类社会的影响益害参半。而国际气候谈判,则是在这一背景下的利益交锋。然而政治博弈本身,以及在这场博弈中各个利益方所采用的手段,就不再是科学讨论的范畴了。

 

[1]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%99%BD%E5%9E%A9%E7%BA%AA#cite_note-2

Nature文章阅读笔记 Ecology: Vegetation’s responses to climate variability

Ecology: Vegetation’s responses to climate variability

链接:http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature17301.html

作者是悉尼科技大学的 Alfredo Huete。

这篇文章介绍了生态学领域,气候变化对植被影响相关的研究。这一研究通常通过基于遥感数据的一些生态指标来开展,如rainfall-use efficiency (RUE)[1],vegetation sensitivity index (VSI)。

作者提出,此类研究可能毫无意义,除非:

  • 考虑非遥感数据的支持
  • 生态系统忍耐极限假设(ecological tolerance limits)[2]成立

非遥感数据,即实地考察数据之所以重要,是因为它能提供更加具体的信息。例如,同样是森林,年轻的发展中的森林和成熟的森林对气候变化的响应就不一样。

此外作者也指出,生物多样性(biodiversity)对于生态系统的敏感性影响也需要进一步探索。最后指出,只有理解了植被对气候的响应的原理,才能更好地预测地球生态系统与生物多样性,造福人类。

 

这篇论文概括了植被对气候响应方面的研究,并提出了未来的研究方向。称这些研究是为了更好的预测未来的生态系统变化。

但是,文中提到了“ecological tolerance limits“理论[2]。该理论是指,在任何一个复杂系统中都有一个“关键阈值”(critical thresholds),或称为临界点(tipping points)。在这个点上,系统状态会发生剧烈变化。例如医学中的哮喘、癫痫发作;金融中的系统性市场崩溃;地球科学中的气候系统;生态系统中的牧地、鱼群、野生动物的灾难性变化。

文章[2]指出,这种临界点难以预测,这是由复杂系统本身特点所决定的,因为模型的误差会无限的积累放大。同样的,生态系统作为一个复杂系统真的是可预测的吗? 如果生态系统没有可预测性,此类研究是否依旧有意义?

但是,复杂系统临界点出现前,会有一些特殊的特征,因此可以通过这些特征来预测临界点。因此,虽然地球生态系统的模拟和预测是不现实的,但系统剧变的发生是有可能预测的。这种预测依赖的是剧变发生前,特定模式的识别。而并非对整个系统的规律进行重现和模拟。

 

从今天开始定期总结、评论 Nature在地球科学领域的相关文章。作为读文献的记录,提升自己对这个领域的认识,也能传播有价值的信息。文章内容并非直接翻译,而是通过自己的理解重新整理

参考文献

[1] Huxman, T. E. et al. Nature 429, 651654 (2004).

[2] Scheffer, M. et al. Nature 461, 5359 (2009).

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