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衛星數據顯示整個歐洲大陸的持續乾旱地下水嚴重不足

衛星數據顯示整個歐洲大陸的持續乾旱地下水嚴重不足

2023-02-07 Comments 0 Comment

歐洲缺乏地下水–大量的地下水。自2018年以來,該大陸已經遭受了嚴重的干旱。格拉茨理工大學大地測量學研究所分析的衛星數據證實了這一點。在整個歐洲大陸,自2018年以來,地下水位一直很低,即使有洪水的極端天氣事件暫時給人以不同的印象。

2019 年歐洲乾旱.webp

在2019年,中歐的地下水位已經非常低。

Eva Boergens在2020年發表在《地球物理研究通訊》上的一篇文章中記錄了這種緊張局勢的開始。她在其中指出,在2018年和2019年的夏季,中歐出現了引人注目的水短缺。從那時起,地下水位沒有明顯上升;水位一直保持在低水平。格拉茨理工大學(TU Graz)大地測量學研究所的Torsten Mayer-Gürr和Andreas Kvas的數據分析表明了這一點。作為歐盟全球基於重力的地下水產品(G3P)項目的一部分,他們利用衛星重力測量法來觀察世界地下水資源,並記錄了它們在最近幾年的變化。

影響深遠的後果

這種長期乾旱的影響在2022年夏天的歐洲是顯而易見的。乾涸的河床,緩慢消失的死水,以及隨之而來的對自然和人類的眾多影響。不僅眾多水生物種失去了它們的棲息地,乾燥的土壤給農業帶來了許多問題,而且歐洲的能源短缺也因此而惡化。法國的核電站缺乏冷卻水來產生足夠的電力,而水力發電站沒有足夠的水也無法完成其功能。

GRACE-Follow-On-Satellites.webp

格雷斯後續衛星湯姆和傑瑞測量地球上的質量變化。資料來源:NASA – JPL-Caltech

從太空測量地下水

格拉茨理工大學的大地測量學家如何利用來自太空的數據,對地下水庫做出準確的陳述?G3P項目的核心是名為Tom和Jerry的雙胞胎衛星,它們在極地軌道上圍繞地球運行,高度略低於490公里。衛星之間約200公里的距離是很重要的。後面的那顆不能追上前面的那顆,這就是為什麼它們參考卡通人物被命名為”湯姆和傑瑞”。

衛星之間的距離正在不斷地被精確測量。如果它們飛過一座山,前面的衛星最初會比後面的衛星快,因為它下面的質量增加。一旦過了山,它又會稍微慢下來,但後面的衛星一到山下就會加速。一旦兩者都過了山,它們的相對速度就再次確立。這些在大質量上的距離變化是確定地球引力場的主要測量變量,並以微米級的精度確定。作為比較,一根頭髮的厚度大約是50微米。

所有這些都是在大約每小時30000公里的飛行速度下發生的。因此,這兩顆衛星每天要繞地球15圈,這意味著它們在一個月後實現了對地球表面的完全覆蓋。這反過來又意味著格拉茨理工大學可以每月提供一份地球的重力圖。所需處理和計算工作是相當大的。每五秒鐘就有一次距離測量,因此每個月大約有50萬次測量。然後研究人員會從中確定重力場圖,托爾斯滕-邁爾-居爾介紹說。

然而,重力圖還不能確定地下水的數量。這是因為衛星顯示了所有的質量變化,並沒有對海洋、湖泊或地下水進行區分。這需要與歐盟G3P項目的所有其他合作夥伴合作。Torsten Mayer-Gürr和他的團隊提供了總質量,然後從中減去河流和湖泊的質量變化,土壤水分、雪和冰也被減去,最後只剩下地下水。

統計其它要素的質量都有自己的專家,他們在這裡貢獻他們的數據。這些研究人員分別位於奧地利(格拉茨理工大學、維也納理工大學、地球觀測數據中心EODC)、德國(位於波茨坦的GeoForschungsZentrum GFZ)、瑞士(伯爾尼大學、蘇黎世大學)、法國(Collection Localisation Satellites CLS、Laboratoire d’Etudes en Géophysique et Océanographie Spatiales LEGOS、Magellium)、西班牙(FutureWater)、芬蘭(芬蘭氣象研究所)和荷蘭(國際地下水資源評估中心IGRAC)。

這一合作的結果表明,歐洲的水狀況現在已經變得非常不穩定。Torsten Mayer-Gürr沒有想到會有這麼大的規模。”幾年前,我永遠不會想到,在歐洲這裡,特別是在德國或奧地利,水會成為一個問題。我們這裡的水供應確實出現了問題–我們必須考慮這個問題,”他解釋說。在他看來,首先必須能夠用數據來記錄持續的干旱,並在太空中對此進行持續的衛星任務。

歐洲航天局(ESA)和美國國家航空航天局(NASA)將通過MAGIC(Mass-change And Geoscience International Constellation)項目繼續這項研究。格拉茨理工大學將再次參與到數據評估中。

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