欧空局新重力探测任务：监测海洋传送带减弱情况

在地球观测领域，欧空局（ESA）的新一代重力任务备受瞩目。在“地球生命研讨会”上，与会者了解到，该任务有望首次直接追踪一个对地球气候至关重要的海洋环流系统。这一系统正逐渐减弱，甚至可能面临崩溃，其影响范围极为广泛。
这个海洋环流系统被称作大西洋经向翻转环流（AMOC），它是一个复杂的洋流网络，其中包含湾流等。AMOC在调节地球气候方面起着关键作用。它将温暖的海水从热带地区沿着大西洋上层向北输送。当海水到达北大西洋时，向大气释放热量，冷却后密度增加，表层海水下沉。随后，这些冰冷的深层海水向南流动，最终通过南大洋的风驱动上升流和混合过程重新回到海面。
通过这样的冷暖海水输送，AMOC成为全球气候系统的关键引擎，有助于维持地球的能量平衡。其核心是北欧海和拉布拉多海的北大西洋深层水的形成，但目前这一过程正受到威胁。快速变暖以及冰川融化和淡水径流增加导致的海水变淡，正扰乱这一过程，使AMOC面临严重风险。
近期分析表明，AMOC可能已接近一个关键的临界点。一旦崩溃，可能引发全球气候的剧烈动荡，甚至会给欧洲部分地区带来极端寒冷。例如，伦敦的气温可能骤降7°C，对基础设施、经济和社会稳定造成毁灭性影响。
自2004年以来，“RAPID项目”在大西洋北纬26度沿线，从摩洛哥到佛罗里达，部署了一系列仪器，持续测量从海面到海底的温度、盐度和流速。这些实地测量数据显示，自2010年以来，AMOC一直在减弱。
然而，维持RAPID阵列成本高昂、劳动强度大，且仅局限于单一纬度。因此，科学家们越来越多地转向卫星，以实现对AMOC更广泛、更持续的监测。根据海洋理论和数值模型，AMOC对西北大西洋沿岸海底压力的影响，是一个可通过卫星测量的关键特征。理论上，这使得从太空监测AMOC成为可能。但该信号微弱，难以探测，而这正是欧空局新一代重力任务（NGGM）的用武之地。
欧空局目前正在开发两颗完全相同的NGGM卫星，它们将成为欧空局 – 美国国家航空航天局（NASA）“MAGIC星座”中的一对卫星，另一对是NASA – 德国航空航天中心（DLR）的GRACE – C任务。
欧空局NGGM任务科学家伊利亚斯·达拉斯表示，研究表明，特别是来自NGGM的卫星重力数据，将以前所未有的能力测量上下大陆坡之间海底压力的差异和变化。大陆坡是大陆架与深海盆地之间坡度陡峭的海底区域。尽管这些信号微弱且变化缓慢，但先进的数据处理技术将使我们能够分离出AMOC的特征，首次证明像NGGM这样的未来任务以及整个MAGIC星座，具备提供可靠太空监测的潜力。
英国布里斯托大学的罗里·宾厄姆进一步解释说，以往研究已证明卫星重力测量有探测AMOC变化的潜力。在此基础上，近期分析表明，要准确测量AMOC，捕捉上下大陆坡的海底压力信号并计算其差异至关重要。然而，信号较弱的下大陆坡是最大挑战。与当前重力任务中AMOC相关信号被掩盖不同，NGGM和MAGIC星座为追踪其强度提供了新途径。
通过结合来自海面观测的早期预警信号，以及由更深层次、动态一致的信号所证实的情况，这一代卫星任务能够显著提升我们探测与AMOC变化相关重大气候风险并做出响应的能力。此外，这些测量结果可与即将开展的“CIMR任务”提供的海表温度和盐度数据，以及现有任务如“SMOS”和“哥白尼哨兵 – 3号”的数据相互补充，从而构建更全面的AMOC图景。
欧空局地球观测计划主任西蒙内塔·切利称，这确实是一项激动人心的发现。作为未来地球观测（FutureEO）计划一部分正在开发的NGGM，已在精确追踪地球水资源储存位置及流动情况方面展现出巨大潜力。它还能探测和监测AMOC的减弱，这为其增添了又一强大功能。
若今年晚些时候欧空局部长级理事会会议取得积极成果，欧空局计划进一步推进NGGM和欧空局 – NASA MAGIC星座的开发工作。
MAGIC星座是欧空局与NASA在未来卫星重力数据领域合作的成果。该星座由一对将率先发射的NASA – 德国航空航天中心GRACE – C卫星，以及一对NGGM卫星组成。计划于2032年全面部署完成的MAGIC星座，有望带来新的科学发现，以及新的应用和业务服务。