從太空中“測量”黃石地質(zhì)公園的地?zé)釡囟?/h1>
2018-01-28 12:52httpsvolcanoesusgsgov
資源環(huán)境與工程 2018年3期
https://volcanoes.usgs.gov
徐慧,編譯.朱建東,校.
美國黃石國家地質(zhì)公園地?zé)豳Y源豐富,大量的地?zé)崮懿粩鄰牡乇硐蛲忉尫?。這些地?zé)岙惓Ｍǔ１憩F(xiàn)為熱泉、間歇泉、泥漿泉及地?zé)釃姎饪诘刃问??？茖W(xué)家們可通過測量地?zé)岙惓｜c的溫度和規(guī)模來監(jiān)測黃石地質(zhì)公園的地?zé)峄顒?同時也有利于更好地保護(hù)這些珍貴的自然奇觀。但是,想要精確地測量出黃石地質(zhì)公園內(nèi)超過10 000個獨立的地?zé)岙惓｜c的數(shù)據(jù),科學(xué)家們是如何做到的？
黃石地質(zhì)公園的地?zé)狳c為數(shù)眾多,由于自然因素和人為因素的影響,其特征隨著時間而發(fā)生變化。例如,當(dāng)?shù)乇頊囟壬仙龝r,某些間歇泉會發(fā)生地?zé)岙惓?其噴發(fā)頻率和噴射速率會發(fā)生變化,甚至?xí)纬尚碌拈g歇泉。2003年,由于地表溫度陡然增高,公園內(nèi)諾里斯間歇泉(Norris Geyser)的游覽棧道因此關(guān)閉,而之前該處的溫度并不高。
人為因素同樣也會影響黃石公園的地?zé)狳c,包括人為地向泉眼中拋入異物,以及地表建筑、公路和觀光棧道的修建。這需要通過不間斷地對這些地?zé)狳c進(jìn)行監(jiān)測,以查清真實的原因。
溫度監(jiān)測是其中的一項重要內(nèi)容,公園內(nèi)的部分地?zé)狳c均安裝了溫度監(jiān)控設(shè)備。然而,不可能對公園內(nèi)每一處地?zé)狳c都安裝溫度監(jiān)控設(shè)備。幸運的是,還有另一種方法。
我們知道,任何具有溫度的物體都會向周圍環(huán)境中輻射紅外線能量,這些能量的大小與物體的溫度有密切的關(guān)系。利用這個原理,科學(xué)家們可以不接觸物體本身而測算出其溫度,這種方法稱為“熱紅外探測”技術(shù)。
如果物體溫度足夠高,它將發(fā)出人們?nèi)庋劭梢姷墓饩€,稱為“可見光”。然而,黃石地質(zhì)公園的地?zé)狳c溫度不足以發(fā)出可見光,但卻可以發(fā)射出熱紅外線(注:熱紅外線屬于電磁波的一種)。雖然人們無法通過肉眼直接觀測熱紅外線,但卻可以借助儀器探測到這種輻射的存在?？茖W(xué)家們將熱紅外探測器安裝到人造衛(wèi)星上,便可利用熱紅外成像技術(shù),對諸如黃石地質(zhì)公園等區(qū)域進(jìn)行大面積紅外線掃面成像。
利用人造衛(wèi)星進(jìn)行熱紅外感應(yīng)成像最大的優(yōu)點是可迅速地對地質(zhì)公園內(nèi)地?zé)岙惓^(qū)域進(jìn)行掃描成像,然而這種設(shè)備的使用也有一定的局限性。例如,在日照環(huán)境下,由于太陽光對
周圍地表的加熱作用,公園內(nèi)地?zé)岙惓^(qū)的溫度并不比周圍溫度高。因此,利用熱紅外設(shè)備在夜間對地質(zhì)公園的地?zé)岙惓^(qū)進(jìn)行熱感應(yīng)成像,效果要比白天好很多。
利用人造衛(wèi)星進(jìn)行熱紅外感應(yīng)成像的另一個局限就是成像像素不高。例如,美國國家航空航天局(NASA)土地資源衛(wèi)星搭載的高精度熱輻射反射儀(ASTER),其精度僅為90 m的分辨率,也就是說,黃石地質(zhì)公園內(nèi)最大的熱泉在成像圖中也僅僅是一個像素的大小。因此,這種基于人造衛(wèi)星獲得的熱感應(yīng)成像圖必須結(jié)合相應(yīng)的地表調(diào)查,而前者為后者的調(diào)查提供了許多極其關(guān)鍵的、通常又難以獲取的重要信息。
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黃石地質(zhì)公園的地?zé)狳c為數(shù)眾多,由于自然因素和人為因素的影響,其特征隨著時間而發(fā)生變化。例如,當(dāng)?shù)乇頊囟壬仙龝r,某些間歇泉會發(fā)生地?zé)岙惓?其噴發(fā)頻率和噴射速率會發(fā)生變化,甚至?xí)纬尚碌拈g歇泉。2003年,由于地表溫度陡然增高,公園內(nèi)諾里斯間歇泉(Norris Geyser)的游覽棧道因此關(guān)閉,而之前該處的溫度并不高。
人為因素同樣也會影響黃石公園的地?zé)狳c,包括人為地向泉眼中拋入異物,以及地表建筑、公路和觀光棧道的修建。這需要通過不間斷地對這些地?zé)狳c進(jìn)行監(jiān)測,以查清真實的原因。
溫度監(jiān)測是其中的一項重要內(nèi)容,公園內(nèi)的部分地?zé)狳c均安裝了溫度監(jiān)控設(shè)備。然而,不可能對公園內(nèi)每一處地?zé)狳c都安裝溫度監(jiān)控設(shè)備。幸運的是,還有另一種方法。
我們知道,任何具有溫度的物體都會向周圍環(huán)境中輻射紅外線能量,這些能量的大小與物體的溫度有密切的關(guān)系。利用這個原理,科學(xué)家們可以不接觸物體本身而測算出其溫度,這種方法稱為“熱紅外探測”技術(shù)。
如果物體溫度足夠高,它將發(fā)出人們?nèi)庋劭梢姷墓饩€,稱為“可見光”。然而,黃石地質(zhì)公園的地?zé)狳c溫度不足以發(fā)出可見光,但卻可以發(fā)射出熱紅外線(注:熱紅外線屬于電磁波的一種)。雖然人們無法通過肉眼直接觀測熱紅外線,但卻可以借助儀器探測到這種輻射的存在?？茖W(xué)家們將熱紅外探測器安裝到人造衛(wèi)星上,便可利用熱紅外成像技術(shù),對諸如黃石地質(zhì)公園等區(qū)域進(jìn)行大面積紅外線掃面成像。
利用人造衛(wèi)星進(jìn)行熱紅外感應(yīng)成像最大的優(yōu)點是可迅速地對地質(zhì)公園內(nèi)地?zé)岙惓^(qū)域進(jìn)行掃描成像,然而這種設(shè)備的使用也有一定的局限性。例如,在日照環(huán)境下,由于太陽光對
周圍地表的加熱作用,公園內(nèi)地?zé)岙惓^(qū)的溫度并不比周圍溫度高。因此,利用熱紅外設(shè)備在夜間對地質(zhì)公園的地?zé)岙惓^(qū)進(jìn)行熱感應(yīng)成像,效果要比白天好很多。
利用人造衛(wèi)星進(jìn)行熱紅外感應(yīng)成像的另一個局限就是成像像素不高。例如,美國國家航空航天局(NASA)土地資源衛(wèi)星搭載的高精度熱輻射反射儀(ASTER),其精度僅為90 m的分辨率,也就是說,黃石地質(zhì)公園內(nèi)最大的熱泉在成像圖中也僅僅是一個像素的大小。因此,這種基于人造衛(wèi)星獲得的熱感應(yīng)成像圖必須結(jié)合相應(yīng)的地表調(diào)查,而前者為后者的調(diào)查提供了許多極其關(guān)鍵的、通常又難以獲取的重要信息。
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