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美国宇航局未来十年地球科学研究重点领域先容  

2013-12-11 20:48:29|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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制定地球科学研究重点的客观需求

地球科学面临的一个主要的挑战是优化地球系统的观测任务,制定新的全球观测方案来解决一些悬而未决的地球科学题目,并减少任务的不确定性,通过保持与其他机构协作对地球系统实施持续观测,使研究职员可以通过全球观测获得第一手的全球变化资料。这主要涉及到主动微波远感(雷达和激光雷达),它们在地球系统观测中更具有上风,也更加符合NASA作为一个科研和技术机构的使命。一般建立在过往任务(通常使用更新的技术)基础上,使那些参数的丈量更具有连续性。参数对全球天气变化趋势具有指示作用,有助于区分自然和人为因素引起的变化。

熟悉到地球观测任务的重要性对地球科学工作来说是非常关键的,目前根据发展过程中任务的紧迫性制定了重点研究的领域。美国国家研究委员会(NRC)也即将对地球科学进行调查,制定地球观测优先研究领域。同样,地球科学重点研究领域的制定也影响到美国天气变化科学计划(CCSP)、海洋行动计划以及为全球地球观测系统等战略中关于地球观测的改进。美国国防部、商务部和NASA于2007年7月30日公布已经重新建立国家极轨业务环境卫星系统(NPOESS),并着手解决NPOESS计划中最近的变动所带来的题目。NPOESS是1994年由美国宇航局负责的极轨气象卫星(POES)项目与美国国防部的极轨气象卫星(DMSP)合并形成的。NPOESS由美国宇航局与美国国防部共同主持,并得到NASA支持。NPOESS实现了把美国民用和军用气象卫星星群合在一起的规划,该系统包括的6颗卫星,分布在3个极地轨道平面上,能够有效满足多种需要,并较现在的卫星系统提供分辨率更高的图像信息。卫星数据传输的时间缩短为28分钟。

地球科学研究重点的制定

NASA项目组经常与其它研究机构开展合作,目的就是确定科学研究重点领域,并制定出最好的战略计划,解决重点研究领域需要完成的任务。确定这些重点研究的根据是NRC的调查报告及其他报告。NASA科学任务委员会有4个科学分部,为使NRC调查的重点研究领域,能够变成各项任务和研究计划的10年(和更长期)目标,各分部都将主办一个每三年一次的战略目标工作研讨会,工作中的委员会一般由外界科学机构的成员组成,并受来自机构的领导治理。这些委员会得到了NASA顾问委员会及其下属机构的赞助。通过上述工作推动NASA形成了大量的战略性文件,并且协助NRC对这些战略文件进行评估,确保NASA能够在考虑预算、计划及相关限制的基础上充分反映各机构重点开展的研究。

NASA在确定重点研究任务之前、确定过程中以及确定之后都向科学界进行了咨询。另外,当需要评估主要本钱、科学内涵或者进度表变化的潜伏影响时,NASA就会利用科学机构的一些相关技术。此外,为了确定已经超过其主要任务周期的人工操纵的失误,NASA寻求科学界同行进行审查。更为普遍的是,NASA通过参加一些专业学会诸如美国地球物理联合会、美国天文学协会和美国气象协会的一些会议,就优先研究和计划制定与科学界进行讨论。

NASA与更多的科学机构展开了合作,作为对国家倡议和NRC调查报告的一个回应,NASA已经确定了一系列的空间和地球科学题目,利用本机构的独特的能力,列出了地球科学重点研究的题目,而这些又是NRC报告原始资料的出处,并规划出长期研究目标。

要解决这些地球科学优先研究题目,就要求NASA及其合作伙伴实施全面的研究计划。这些计划的构成包括科学研究与分析、航空与航天飞行任务、野外实地丈量、数据治理、计算机建模和远感技术的发展。

NASA确定地球科学领域各个研究重点投资的平衡性主要考虑:地球科学研究重点制定相关目标的远期成效,能够取得满足的进展所作的成诺;远期成效是以完成科学研究而并不是以完成任务为依据;取得进展是根据地球科学领域的总体目标进行评估的;进展的步伐可能会受到NASA及其他联邦计划的影响:如与地球科学有关的天气变化科学计划及NPOESS;一些科学目标可以通过使用中小型及大型项目组来完成。其他的就需要有大型项目组的支持,当然这些项目组的组建就更加困难一些。

根据科学因素及计划因素结合的情况,确定地球科学重点研究领域。在其他因素都不变的情况下,即将发射卫星的任务在获得资助方面比以后要发射卫星的任务要有更大的优先权。重点研究领域确定过程中考虑的其他因素,有技术预备、任务与科学的依靠性、合作的机会、行政和立法部分的职权以及其他出于对计划的一些考虑。

地球科学重点研究任务的规模通常很大且带有多目的性。战略任务一般都分配给NASA的中心往落实,利用公然竞争中选择一些科学仪器和很多平台设施。NASA运用竞争任务,通过创新使命的建议实现科学目标。竞争任务通常都是通过机会的公然发布获取的,并且各项任务都由一个首席专家负责,这是由于调查一般都是按研究规模建立的团队任务,存在的重要挑战就是整合地球科学领域的大、中、小型任务。

NASA未来10年地球科学研究重点领域

以下重点介绍2007年1月—2016年12月NASA发起、涉及、发展、启动或者开始运行的所有的地球科学重点研究任务。

一、未来10年地球科学重点开展的科学任务

(1)NPOESS预研项目

要求地球观测系统和NPOESS之间对一些重要的天气参数丈量具有连续性。实施NPOESS1994年总统决策令的有关指示和NPOESS综合项目办公室的合作任务。

(2)地球资源卫星数据的连续性任务

要求长期的全球陆地覆盖变化的数据具有连续性。受1992年《陆地远感政策法案》委托,与美国地质调查局USGS开展合作的任务。

(3)海洋表面地形图任务

要求对海洋监测的连续性,将其作为向业务机构转化的一部分进行规划,与法国国家空间中心(CNES)、美国宇航局(NOAA)及欧洲气象组织(EUMETSAT)开展合作任务。

(4)进行地球系统碳丈量

首次对空气中的CO2进行丈量;解决美国天气变化科学计划中优先研究的目标题目。丈量全球气溶胶、云层的性质及太阳辐射。这项研究受2001年总统天气变化研究倡议的委托。

(5)全球降雨量测定

受2005年NRC中期报告的推荐,把降雨量区域测定扩展到全球,并根据卫星星座每3个小时测定一次监控领域的降雨量。

(6)未来具有代表性的地球科学任务

* 地球冰川的变化; 
* 全球海洋碳、生态系统及海岸过程研究; 
* 全球土壤湿度监测; 
* 全球风力观测; 
* 利用多光谱传感器丈量大气成分; 
* 海洋表面及陆地水平面变化; 
* 植被三维结构、生物数目及各种天气条件下卫星影像的干涉研究。

二、未来10年地球科学重点解决的科学题目

NASA地球科学研究主要是从太空中对地球进行研究,进步人们的科学意识,满足社会的需求。其重点解决以下几个地球科学题目:

* 全球地球系统是如何变化的? 
* 地球系统发生变化的主要驱动力是什么? 
* 地球系统是如何响应自然和人为引起的变化? 
* 地球系统的变化对人类文明造成的后果是什么? 
* 如何更好地猜测地球系统未来的变化? 
* 地球上的生命是如何开始的、又是如何进化的?

三、未来10年地球科学研究目标

* 了解并进步与大气成分变化相关的臭氧层、天气驱动及空气质量变化的猜测能力; 
* 进步天气及极端天气事件的猜测能力; 
* 量化全球陆地覆盖变化及陆地与海洋的生产力,改善碳循环和生态系统建模的能力; 
* 量化重点水库及全球水循环的通量、改善水循环变化及可用淡水资源模型; 
* 了解天气系统中海洋、大气和冰川的作用,进步对其未来演化的猜测能力; 
* 描述并了解地球表面的变化及地球重力和磁场的多样性; 
* 扩大和加速实现由地球系统科学给社会带来的利益。

实现NASA未来10年地球科学研究目标的保障

未来10年,对于科学家来说,地球科学研究和分析手段仍将发挥关键作用。地球科学战略着重夸大为最好的思维和组织者提供机会,通过竞争,答应公道风险存在的情况下,完成最大的科学和技术的进步。建立自己的合作网络,并通过强大的教育和拓展计划为未来的工作引进优秀人才。

一、合作

NASA之外科研机构的积极参与是未来任务成功完成的关键。科学研究的步伐会由于科研数据的加速、广泛和易获得而加速。NASA为了能够实现其科学目标,非常重视合作伙伴的作用。合作伙伴对NASA获得科研所带来的相关的社会利益中的作用是重要的。NASA希看与国家的、国际的、学术的以及贸易性质的组织建立合作伙伴关系。这些伙伴关系使得NASA能够借助别人的资源完成共同的科学目标。

二、科学规划和实施

科学研究和分析是NASA科研活动的核心。2007—2016年战略规划的主要目的就是为实现NASA的科学目标指明道路。该计划中描述了未来10年地球科学重点研究任务以及完成的先后顺序,这是NASA科学计划中重要的方面。计划不仅提供了其他科研计划建立的科研基础,而且还提供了个别任务相结合时所构筑的指导思想,并且夸大推动美国在空间和地球科学利益的持续进步就需要来自大量研究项目的经费支持。

三、先进的技术

NASA的技术计划包括以下主要的内容:制定一个强大的、远程核心技术计划,促进下一代高性能和具有本钱效益的任务的实施;制定一系列重点科技计划,完成短期内出现的任务;进行先进技术研究,为未来的任务提供技术选择,并确定出技术的优先研发次序。

研发出核心技术项目中的关键技术,并将这些技术转移给与具体任务有着紧密联系的重点技术项目。核心技术要在任务确定前的3~6年内就开发出来。重点技术应该提前3年开发出来。所需的资源依靠于技术的现状及所需技术的时间标准。

四、信息治理系统

随着信息来源的量、复杂性及多样性的增加,科学任务已经产生了大量的数据,但是数据的采集只是信息传递的前奏。数据一旦获取,就会经过处理、分析,通常情况下会转化为可视化产品以扩大人们的知识面,增强人们对科学的理解。在未来的18个月NASA将与其他学科以及与其他联邦机构的合作伙伴进行相关工作的密切合作,以开发出一个更长期的、持续演化的尖端计算环境。此外,NASA还将继续密切配合相关的技术领域,如分布式计算、智能数据挖掘以及可靠而强大的软件开发工作等的补充研究。

结语

NASA未来10年地球科学研究重点领域的制定,将帮助提供先进的和不断改善的空间观测数据来进步天气预告的正确率和时间标准;为联邦机构提供有关地球科学的适宜数据和信息,强化已有的成果并开发新的产品和服务,然后提供给各州、地方和部落的各级组织,以服务于公众;提供重要的地球科学观测、数据同化、研究和模拟结果,以满足与决策有关的天气、天气和自然灾难研究的需求。NASA与其合作伙伴一起,把美国建设成为有效利用地球科学信息和相关模型的国际示范国家。

未来10年中,NASA计划通过对天气变率、大气组分、水循环变化、碳循环变化、生态系统变化以及岩石圈和自然灾难的科学研究,进步天气、天气和自然灾难等的预告的正确率,延长预告时间。NASA将为有关资源配置、全球变化和自然灾难方面的国家政策的制定与经济决策,提供可靠的科学依据。(end)
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