風測繪衛星“風神”效果圖 圖片來源：ESA

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解落三秋葉，能開二月花。風對于我們來說并不陌生，它無時無刻不在我們身邊，一會兒像母親的手一樣輕撫我們的臉龐；轉眼又像兇神惡煞，瘋狂抽打我們的身軀。總之，風喜怒無常，難以捉摸。

但這種情況即將改變，全球首顆能全面監測風的“一舉一動”的衛星即將發射升空。據英國《自然》雜志網站8月18日報道，經過近20年規劃，歐洲空間局（ESA）航天器家族的“追風少年”——“風神”（Aeolus，希臘神話中的風神）任務即將于北京時間22日從法屬圭亞那庫魯航天發射中心升空。氣象學家認為，全球地球觀測系統最大的空白之一就是缺乏詳細的風測量數據，因此，“風神”提供的數據將顯著改善天氣預報的精準度。

用紫外激光追蹤風速和風向

到目前為止，氣象學家一直是將不同來源——氣象氣球和飛機飛行途中獲得的與風有關的信息拼湊在一起。盡管可以通過衛星測量云的運動來推斷風的速度和方向，但迄今一直沒有衛星直接測量風。新的“風神”任務將終結這一歷史。

耗資約5.5億美元的“風神”任務將使用紫外激光器跟蹤大氣層最下方30公里處的風速和風向。研究人員在飛機上使用類似的激光器來研究特定地區的風況，但“風神”將是首個覆蓋全球的風測繪任務。

1999年，ESA啟動了這項以希臘神話中風的守護者命名的任務。該任務項目經理安德斯·埃爾弗文說：“真是一段漫漫長路。”荷蘭皇家氣象研究所大氣物理學家艾德·斯托費倫心有戚戚：“我們從1999年開始設計這顆衛星，看到它即將發射升空，真是令人興奮。”

太空激光器研制是最大挑戰

為何時隔近20年，這款衛星才從腦中的構想走到發射臺上？根本原因在于，很難建造一臺每個脈沖都能產生約10兆瓦功率的太空激光器。據悉，在研制過程中，激光發射最初在系統的光學儀器上形成了一層薄薄的暗色材料。工程師最終在裝置中添加了少量氧氣（不足一片葉子的光合作用生成的氧氣量），以保護儀器表面免受污染。

“風神”的激光器每秒鐘能發射激光50次，因此，可用由數十億個紫外線光子組成的光束照射地球大氣層。而有幾百個這樣的光子將彈開空氣分子和粒子，并反射回航天器上搭載的1.5米口徑的主望遠鏡。“風神”不僅能測量反射距離，給出風的高度，而且還能測量當分子來回移動時產生的波長的微小變化。這種“多普勒頻移”使科學家能夠計算出風的速度和方向。德國航空航天中心大氣物理學家奧利弗·瑞特布徹說：“這比僅僅測量返回的信號更具挑戰性。”

這些信息將使科學家能夠追蹤大氣中不同海拔高度的不同風速，對于了解處于發展中的風暴至關重要，而且這些信息不能以任何其他方式在全球范圍內獲得。

將改善天氣預報精準度

“風神”提供的數據將納入數值天氣預報。在數值天氣預報中，國家氣象服務會將溫度、壓力和濕度等大氣條件整合起來，以生成未來幾天的預報。缺少風的數據可能導致嚴重錯誤：在一項研究中，歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）分析了歐洲2014年3月遭遇的一場暴雨后發現，如果能早幾天獲得更好的太平洋洋面上與風有關的數據，就可以更精準地預測即將到來的暴雨。

如果“風神”任務按計劃運行，其提供的數據可以大幅改善熱帶地區的天氣預報情況。該地區的氣象氣球相對較少，風與熱帶地區其他大氣因素的耦合度也不高，這意味著，當已知溫度和壓力等數據時，在此地比在中緯度地區更難以猜測風速和風向。

此外，“風神”提供的數據也可以將地球中高緯度地區的天氣預報精度提高幾個百分點。ECMWF氣象學家拉斯·伊薩克森說：“這聽起來似乎不是很多，但如果我們能將預測準確率提高2%，為社會創造的價值將高達數十億美元。”

不過，法國氣象學預報機構的氣象學家阿蘭達·巴斯說，“風神”的激光無法透過厚厚的云層，因此無法滲透到颶風等風暴系統。

盡管如此，“風神”將能追蹤其他現象，例如撒哈拉沙漠上卷起來的塵埃，或者不同海拔高度上漂浮的污染物。美國波爾航太（Ball Aerospace）公司工程師薩拉·塔克從事風的激光測量工作，他說：“我確信，‘風神’會獲得一些有趣的發現。”

如果“風神”成功發射，任務控制器計劃在9月開啟激光系統，首批數據將于2019年1月底到達，并在4月份之前插入預報系統，目標是在衛星收集風力后不遲于3小時進行測量。

世界氣象組織綜合全球觀測系統負責人拉斯·皮特-瑞思肖賈德說，盡管“風神”的使用壽命為3年，但如果相關技術得到驗證，可能為后續風測繪衛星任務鋪平道路。（作者: 劉霞）

（科技日報北京8月20日電）