遥感教程第16-2页¶
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乍一看，在地球系统科学（ESS）的范围内考虑的主题似乎是一堆无关主题。虽然实际的相互关系乍一看似乎与本页无关，但它确实给出了几个例子，说明了正在研究的不同主题中经常提到的一些主题（例如火山爆发、海洋参数（特别是海平面上升）、温室效应、极地气候臭氧洞），同时显示从空间观测如何有助于监测这些现象。特别值得关注的是，如果目前大气中二氧化碳的平均含量翻了一番，在区域或全球范围内，气温、糖枫分布和粮食产量的预测变化。
全球变暖的证据：
地球大气退化；海平面上升；臭氧洞；植被响应
“全局更改”。温室效应。全球变暖”。媒体上充斥着对这些现象的陈述、担忧、猜测和猜测，世界各地的科学家和决策者都在努力解决最近的科学观察，这些观察表明人类活动影响了我们的环境。然而，这些都是一种“自然”现象，其他许多现象也是如此。飓风、旱灾和季风都是在人类没有任何控制的情况下发生的，它们是启动、预防或缓和飓风、旱灾和季风的。
我们可以通过观察这些自然现象的结果来了解地球上相互作用的物理系统，并利用我们的知识来探索人类诱发的变化。举个例子，假设一个火山爆发，比如1991年菲律宾群岛的皮纳图博火山，那是在没有人为干预的情况下发生的。这座火山休眠了600多年。
当一座火山爆发时，它会向大气中喷出数百万吨的火山灰、碎片和气体，更不用说一些火山喷出的熔岩了。由于地面、海洋表面和太空中存在仪器，我们观察到一团二氧化硫云（SO:Sub:2`），由Pinatubo排放，向西移动，在最初喷发的12天内远远超过印度。到了三个月，那团云已经完全包围了地球，如图所示，在一年之内。2 大气中的粒子在全球范围内提供了色彩绚丽的日落，同时也降低了全球温度。显然，一座喷发的火山对更多的人和地方的影响，而不仅仅是在其附近。
` <>`__16-4: Why does the Pinatubo ash tend to stay confined to a wide equatorial zone? `ANSWER <Sect16_answers.html#16-4>`__
Pinatubo山提供了一个很好的例子，说明从太空进行的监测如何不断地更新瞬时地面事件的状态（即在人口稀少的地区）。 [在吕宋不是这样的] 可能会被忽视。以下是1995年5月（左）和9月（右）拍摄的两个SIR-C雷达彩色合成物（L波段hh=红色；L波段hv=绿色；C波段=蓝色），均显示了1991年爆发的影响。1991年事件的早期阶段产生的火山灰在火山顶上方呈红色。` <Sect16_02.html#1>`_ _.
` <>`__16-5: There is one noticeable change in the right radar image. Find it. Make a guess as to its cause (clue: the volcano didn't erupt between May and September of 1995). `ANSWER <Sect16_answers.html#16-5>`__
从1982年到1983年，最下面的图片显示1982年的厄尔尼诺现象在很大程度上在1983年底已经减弱。|
除了上述观察到的现象外，科学家们还收集了其他相关的环境记录。例如，我们大气中的几种微量气体的含量一直在上升，并继续上升。大气气体成分的这种变化可能是对地球环境福祉最严重的威胁。1997年10月，一本名为 气候变化：知识状态 由总统科技办公室（OST）编制和分发，从中提取本页的信息和精选插图。
其中一种气体，二氧化碳（co:sub:2）自上世纪中叶以来一直在加速增长，经过多年的基本稳定水平。这是为什么？一个简单的解释是，工业革命大约是在这些增长开始的时候开始的。随着社会的剧变，人们开始使用生物质和煤炭作为燃料来支持这些新工业。燃烧这种物质会产生一氧化碳2 .
其他微量气体也在上升。一氧化碳（CO）是一种特别的物质。甲烷（CH：Su: 4），从稻谷生产和肠道发酵，正在增加，氯氟碳（CFCs），多年来一直被用作制冷剂和产生泡沫。
` <>`__16-6: The carbon dioxide curve shows regular oscillations (much like a sine curve). Why? With what do these three curves best correlate? `ANSWER <Sect16_answers.html#16-6>`__
这些气体导致温室效应，使我们的大气变暖到我们现在记录的水平。温室效应是由于太阳辐射被这些（和其他）气体从地球表面反射而被捕获的结果。如下所示。
大气对进入的太阳辐射基本上是透明的。在撞击地球表面后，这种辐射的波长随着能量的流失而增加。我们讨论的气体对这种低能量辐射是不透明的，因此将其作为热量捕获，从而提高大气温度。随着这些气体的增加，由于自然原因和人类活动，它们会增强温室效应，并可能使温度升高更多。如果气候变暖，植被带将倾向于向北移动，改变全球生态和生物群落模式。其他影响可能在降水模式、海平面变化等方面被识别出来。
显然，全球年平均气温正在上升，我们继续通过空间观测来监测这种情况，以帮助解决这个问题：多少只是一种自然趋势（如不可避免的间冰期变暖），多少是人类活动造成的？计算表明，燃烧化石燃料（主要是煤、石油衍生物和天然气）每年向空气中添加约60亿吨碳（作为元素）；每年，森林砍伐还允许额外的10-20亿吨碳进入大气。
作为全球气温在过去几年中上升了多少的一个标志，下一张地球仪地图显示了2001年9个月期间，由美国宇航局全球空间科学研究所（Goddard Institute for Space Science）汇编的各种来源的温度异常。
年平均气温和5年平均气温的变化趋势证明，20世纪下半叶，全球大气一直在缓慢变暖——约0.5°C，如下所示：
科学家需要建立一个长期的数据库，其中包括前几个世纪的温度。估计过去温度的一种方法是从CO2 对被困在数千年来积累的冰川冰中的空气的测量。下图显示了一氧化碳上升的总体趋势。2 在过去的16万年中（包括最近的冰期），对温度的估计（来自于2 模型）用于比较。
接下来的两张图提供了关于一氧化碳含量增加的更多细节。2 在过去的140年里。顶部显示二氧化碳浓度增加，根据冰芯测量到1960年和随后的莫纳罗亚天文台测量。下面是整个世界的平均温度变化测量值；向上的趋势（约1.5°F）显示了由其他气候因素导致的一些不规则（非平稳循环）。
拥有与CO相关的数据2 随着气温升高，如果空气中的二氧化碳总量比今天的值（任意设定为275°F）增加一倍或四倍，模型可以预测全球变化温度的分布。4倍的情况可能是真正的灾难性的，导致全球沙漠，除非大气中增加的热量也显著增加植被生长（热带形式）。因此：
一氧化碳显著增加的一个明显后果2 在北极北纬地区，北冰洋和格陵兰冰盖将融化，释放出大量的储存水，这将对全球海平面产生极其严重的影响。A上升到550 ppm CO2 到年底，2100年将从8英寸上升到37英寸，足以大幅度修改目前的海滩和海岸线配置，甚至淹没这类城市、新奥尔良和威尼斯（由于地下水的流失，这类城市目前也在下沉）。
通过卫星和地面测量，有证据表明北半球的北极地区一直在稳步变暖。这张上半球地图总结了过去30年的数据。北极冰架的反应是变薄。再往南，美国西部和西伯利亚都有变暖的趋势。请注意，在此期间唯一冷却的区域是加拿大东部的格陵兰岛。
净效应是北极圈内主要海冰覆盖范围的整体收缩，如图所示（薰衣草线位于1987年的位置；蓝色表示冰厚减小，而黄色和红色则显示出一些增厚）。
尽管格陵兰岛的内部冷却（表明有足够的雪来增加冰盖的厚度），但这一冰盖的边缘目前正在缩小，这是由两项独立的航空/地面研究证实的，其中遥感起到了一定的作用。美国国家航空航天局的一个小组利用激光高度计测量了格陵兰岛上空的海拔高度。第二组使用全球定位系统（GPS） (page 11-6 _）追踪冰的运动。当对两个结果进行分析时，构建了如下所示的图。它显示了这个巨大岛屿中心部分的冰增加（可能与最近的冬季冷却有关），但边缘附近的冰明显减少（夏季温度升高）。冰的净损失估计为每年51立方公里，足以填满一个30英里长、30英里宽、70英尺深的湖泊（遍布全球海洋，每年将导致0.005英寸的上升；这占目前正在测量的上升总量的7%）。
该图从不同的角度显示了类似的结果：
过去几年来访问格陵兰岛的科学家们注意到，沿西部边缘的融化开始显著增加。这在2001年至2003年拍摄的modis图像中可见，活跃融化区显示为深灰色（有水存在）：
第页 14-14 讨论了南极洲主要变化的证据。这是对温度显著上升的响应；在南极半岛，近年来出现了2至3°C（3.6至5.4°F）的累积上升。近几年来，随着巨大的冰球向北漂浮，边缘冰架的一些部分已经松动。使用激光测高和干涉测量法对InSAR（干涉SAR）获得的数据进行测量，显示出大陆及其边缘的年冰运动速度，如这张合成图像所示：
在这张地图上，南极冰架呈灰色。字母表示33个命名的冰川。当冰原变薄并破裂时，冰川的反应是向外流动的速度加快。南极西部的冰原（主要是罗斯大陆架）每年损失约65立方公里，足以使海平面每年上升0.16毫米；全球海平面每年上升1.8毫米（0.7英寸/年），主要来自北极、南极和格陵兰岛。科学家们计算出，如果格陵兰岛和南极的所有冰在显著的变暖中完全融化，全球海平面将上升70米（230英尺），这将对居住在大陆边缘附近的全球大部分人口造成灾难性的影响。
全球变暖的另一个迹象将是自然植被和粮食作物的分布发生变化。考虑下一个图，这是一个地图对，在左边显示了普通糖枫的当前范围，其变化可能只发生在与一氧化碳相关的预测温升上。2 增加到700 ppm，在右侧，如果包括土壤水分减少，则向北更剧烈的撤退。这种情况的发生仅仅是因为有利于这种枫树的气候区对特定的温度和湿度范围很敏感。
植被的这种变化仍在被证明。测量绿叶分布和其他植物措施（各种蔬菜）。指数）在过去的20年中，利用卫星数据显示，“绿化效应”显著增加。《科学》杂志上报道的一项研究包括一幅地图，该地图显示了世界上植被发展程度更高的地区以及主要由于气候变化而丧失植被的地区：
在北半球的部分地区，这张简图中的增长（紫色最高，绿色最低）表明欧洲、亚洲和北美洲的部分地区存在明显的分布。第一次春季植树大约提前1周，秋季落叶则要晚一周。最有可能的解释是温室气体的变暖效应和一氧化碳的更大利用率。2 .
更令人担忧的是，适合支撑某些主要作物的条件不断变化。一氧化碳 2 如下图所示，提高到550 pm将重新分配全球普通谷物的作物产量。请注意，北半球高纬度地区的变暖有利于加拿大/阿拉斯加、斯堪的纳维亚和大部分欧洲和俄罗斯的作物产量增加，但南美洲和大部分非洲的作物产量将下降。
另一个可观测到的全球变化是平流层臭氧的消耗，这是由大气中的某些微量气体（包括氟利昂）引起的。平流层中的臭氧吸收进入的太阳紫外线辐射（uvr），这对生物系统是危险的。这种紫外线辐射会对生物系统的遗传物质造成损害。臭氧防止紫外线辐射到达地球表面，从而保护我们免受其有害影响。航天器传感器在南极冬季观测到臭氧损耗，这一观测有助于确定这一过程背后的化学成分。在南极上空，平流层低温、冰晶（或其他具有破坏化学发生表面的固体）和全球风模式的正确组合加剧了这一过程。空间传感器在北极也观察到了类似的（尽管较小的）损耗，一些化学物质在中纬度地区（即大多数人类居住的地区）正在增加。
这些损耗被称为“臭氧洞”。这是一个恰当的描述，在这幅南极臭氧水平变化的图像中很明显，这一变化在三维图中通过“轮廓”描绘了不同的数值：
` <>`__16-7: Comment on the patterns of ozone change you decipher from the above October sequence. `ANSWER <Sect16_answers.html#16-7>`__
其他人类活动可能会提高全球变化率。现在引起人们注意的一项活动是森林砍伐，即人类砍伐和焚烧，或只是砍伐大片树木，以将土地用于农业，或将木材用于建造庇护所。随着开发商对这些大区域的剥削，生物多样性减少，土地利用、水径流模式和当地天气现象发生变化。卫星遥感已经产生了渐进式森林砍伐的戏剧性图像，这两个场景是由NOAA的AVHRR在巴西亚马逊河流域的隆多尼亚州所拍摄的，相隔五年。
` <>`__16-8: Estimate the percentage increase in deforestation in the middle of the image pair (eastern Rondonia).`ANSWER <Sect16_answers.html#16-8>`__
总而言之，越来越多的证据表明，地区和全球的气温确实在上升。一个不常被引用的迹象是向各种动物和鸟类的两极进行的迁徙。在北美，响尾蛇（对温度非常敏感）已经进入新英格兰和加拿大大平原。在墨西哥发现的热带和沙漠鸟类现在正在扩散到德克萨斯和亚利桑那州。雪白猫头鹰在北极的数量一直在减少（生态学家推测这是由于猫头鹰的主要食物来源，柠檬的数量大幅度减少所致）。其中一些温升可能是自然的（间冰期的变暖趋势是正常的）；一些现在被专家认为是人为干扰大气的结果。
因此，许多观察和其他数据似乎将人类作为主要的因果源，至少有可能改变全球现象。然而，我们并不总是确定这一点。我们继续怀疑，一些观察到的变化，如大气温度的明显上升，是否真的是由于人类活动引起的？或者它们是自然循环的一部分，我们现在只是详细观察，因为存在迄今为止还不可用的仪器和传感器？我们还询问当前的趋势是否会继续，以及它们可能有多有害。
主要联系人：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@nationi.net Mitchell K.Hobish博士，顾问（mkh@sciential.com）