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連倒計時都沒有，NASA任務(wù)的發(fā)射就開始了。我們不需要退后、戴上耳塞或閉上眼睛。Olympex的最大速度不會超過每小時5公里。唯一真正的風(fēng)險是方位錯誤。這是因為此次最先進的天氣和氣候?qū)嶒炇怯沈呑印皢印钡摹?/span>

對于以火箭、探測器和太陽能動力離子推進器等著稱的機構(gòu)而言，馱畜看起來大概是一種很奇怪的選擇。但是研究小組所去的地方位于華盛頓州奧林匹克國家公園深山中的一個偏遠地點，那里沒有路，沒有停機坪，也見不到多少陽光。奧林匹克國家公園的熱帶雨林是美國大陸最潮濕的地方。這也正是NASA小組來這里的原因：在最潮濕的條件下核實結(jié)果，提高最新降雨跟蹤衛(wèi)星的精確度。

一直以來，NASA不止對火星、冥王星和繞遙遠恒星運轉(zhuǎn)的行星感興趣，對地球也同樣有興趣。該機構(gòu)目前通過17顆衛(wèi)星和國際空間站觀測地球，研究極地冰蓋、洋流和植物根系水分等現(xiàn)象。其中的許多衛(wèi)星都搜集天氣和氣候信息，但只有全球降水量測量（GPM）衛(wèi)星集中關(guān)注降雪和降雨。Olympex旨在幫助研究人員來確定衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地面實際情況的相符程度。

降水和蒸發(fā)的無限循環(huán)是這個世界最重要的氣象過程。我們喝的每一滴水、種植的每一種作物、制造的幾乎所有產(chǎn)品都依賴于降雨和降雪。變幻莫測的降水可能決定社會的興亡，在人類控制并消耗著世界上一半以上可用淡水（來自河流和湖泊）的今天，這是更加無可辯駁的事實。

華盛頓大學(xué)西雅圖分校的氣象學(xué)家林恩?麥克莫迪（Lynn McMurdie）說，降水是如此關(guān)鍵，可是我們對這一自然現(xiàn)象卻知之甚少，只懂得躲避路上的水坑。麥克莫迪為Olympex，也就是奧山實驗（Olympic Mountains Experiment）項目設(shè)計了一些實驗。

麥克莫迪戴著亮藍色防雨帽，她說：“比如說，雨水從水域轉(zhuǎn)移到陸地的過程。我們其實不知道為什么源自海洋的某次暴風(fēng)雨會導(dǎo)致山區(qū)的降水量是海岸地區(qū)的5倍，而另一次暴風(fēng)雨則可能不會。”GPM任務(wù)將有助于確切揭示其中的奧秘。當(dāng)然，麥克莫迪希望Olympex能夠遇到大量的雨雪天氣。此外，她說：“近岸和奧林匹克山上的暴風(fēng)雨天氣在全球范圍內(nèi)很具有代表性。這里的研究成果將適用于更廣泛的地區(qū)，例如南美和北美洲的部分地區(qū)、歐洲、非洲南部地區(qū)、澳大利亞部分地區(qū)，以及所有的海洋。” 

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TRMM衛(wèi)星上搭載的首部空基降水雷達能夠傳送三維風(fēng)暴視圖。衛(wèi)星能在可見光、微波和紅外波段觀測降水情況，其中紅外波段觀測可評估熱帶降雨所釋放的熱量。這種熱量是蒸發(fā)和降水的主要副產(chǎn)品：來自太陽的能量將洋面的水轉(zhuǎn)換成水蒸氣；在水蒸氣凝結(jié)成云和雨的過程中，水蒸氣中儲存的能量又被排入大氣。NASA稱，在造成大氣環(huán)流的能量中，有約3/4來自熱帶降雨過程中釋放的熱量。通過細致測量地球及大氣層所釋放的微量微波能量，TRMM可將地球上的降水強度進行量化。

TRMM的設(shè)計使用年限僅為3年，但它已持續(xù)發(fā)回數(shù)據(jù)17年了。海量的信息改進了氣候模型，幫助氣象預(yù)報人員了解和預(yù)測熱帶氣旋、洪水和滑坡。但TRMM的覆蓋范圍僅擴展到以赤道為中心的南北緯35度之間，無法掌握溫帶氣候的降水情況，對降雪情況更是一無所知。南加州等許多地區(qū)都是依靠山區(qū)冬季的降雪來維持農(nóng)場和城市在夏季的用水量的。科學(xué)家和政府官員迫切想知道某一季度的降雪量，想了解本世紀(jì)氣候變暖、氣溫升高一兩攝氏度會使降雪量產(chǎn)生哪些變化。

于是NASA與JAXA合作的另一個衛(wèi)星系統(tǒng)GPM誕生了。GPM核心衛(wèi)星于2014年2月發(fā)射，覆蓋北極圈和南極圈之間的地球區(qū)域，幾乎涵蓋了地球上每一個大型社區(qū)。

GPM衛(wèi)星搭載了兩個關(guān)鍵儀器。GPM微波成像儀是一臺輻射計，繼承了TRMM在監(jiān)測風(fēng)暴釋放的能量方面的工作，同時增加了4個對降雪特別敏感的毫米波頻道。同時，雙頻測雨雷達系統(tǒng)像TRMM一樣在Ku頻段（14吉赫）進行掃描，測量強降水的三維分布。但這種儀器還有一個Ka頻段（35吉赫）掃描儀，以便更好地捕捉降雪情況。綜合以上這些數(shù)據(jù)，Ku頻段和Ka頻段的雷達會產(chǎn)生有關(guān)雨滴大小和降雨開始高度的更精確的測量結(jié)果。

在太空部署一個全新的平臺，絕不只是將其發(fā)射進入軌道那么簡單。科學(xué)家們認為他們了解GPM頻段信號所代表的意義，但總有一些時候，自然界并沒有按照他們所期望的方式發(fā)展。例如，如果他們將大雨誤判為小雨、把降雨錯誤地判斷為降雪，或?qū)⒈㈠e誤地判斷為雨夾雪，那么他們的天氣預(yù)報和氣候模型就會產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。

這樣的錯誤甚至可能蔓延到世界各地。GPM核心衛(wèi)星的目的是為空間的降水測量建立參考標(biāo)準(zhǔn)。這也是測量微波輻射的國際衛(wèi)星星座（其中包括法國、日本、印度、美國國防部和歐洲航天局發(fā)射的宇宙飛船）的核心任務(wù)。NASA還希望吸引巴西、中國和俄羅斯參與到這項全球降水測量計劃中來。

要測試GPM交付的結(jié)果是否的確符合預(yù)期，只有一個方法，就是將科學(xué)家們從太空看到的圖像與地面上所觀測的降雨和降雪情況進行比較。最佳的觀測地點是常規(guī)的年降水量在4米及以上的地區(qū)：奧林匹克半島的熱帶雨林。

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在秋季剩下的時間里和整個冬季，Olympex實驗將使GPM與地面以及空中整套分布廣泛的儀器同步。這場耗資410萬美元的“地面”運動實際上將觸角伸向了太空——洛克希德ER-2飛機將在1.8萬米高空對即將來臨的風(fēng)暴進行雷達和無源微波測量。ER-2是U-2間諜飛機的民用研究改造機型，它的飛行員甚至?xí)┥嫌詈椒?/span>

一架DC-8客機將在位于ER-2下方但仍遠高于風(fēng)暴的位置，記錄雷達和微波讀數(shù)，并部署一次性下投式探空儀，這種裝置長30厘米，在隨降落傘飄到地面的過程中會測量濕度、溫度和風(fēng)速。

與此同時，北達科他大學(xué)用于大氣研究的賽斯納CitationII飛機將在3000～8000米高空盤旋飛行，在風(fēng)暴內(nèi)部收集數(shù)據(jù)，在冰晶形成時采集樣本。科學(xué)家們還放飛氣象氣球穿過風(fēng)暴。

同時，在陸地上，安裝在掛車上的4個雷達站和4個微降水雷達將對即將來臨的風(fēng)暴進行全方位掃描。這些雷達站不僅在GPM衛(wèi)星頻段進行測量，還在其他頻段進行測量。NASA的S頻段偏振雷達（NPOL）和雙頻雙偏振多普勒天氣雷達（D3R）將收集奧林匹克半島的海岸線到奎諾爾特河流域的詳細觀測結(jié)果。此外，還將在奧林匹克國家公園西南角的奎諾爾特湖岸部署機動多普勒雷達系統(tǒng)。最后，這些儀器還將在半島周圍的上幾十個站點，從海平面到雪線以上，進行局部測量。

在有些站點，將只是用水桶收集雨水，并用攝像頭測量雪深。在其他一些站點進行的工作就復(fù)雜多了。其中4個站點會有二維視頻雨滴譜儀測量雨滴。該譜儀裝有一對正交攝像機，偏移不超過6毫米，各有一個鹵素背光燈。鏡頭前落下的每滴雨都會成像。弗吉尼亞的NASA沃羅普飛行研究所的氣象儀器專家溫格說：“大概正如你所料，較小的雨滴是球形的。但直徑為6或8毫米的較大雨滴看起來就像漢堡上面的小面包一樣。”

視頻雨滴譜儀有強大的鹵素?zé)簟⒁曨l攝像機和4臺機載計算機，因此需要電網(wǎng)電力支持。但是，騾子要前往的偏遠站點與電網(wǎng)很遠，位于奎諾爾特河上游的深山中，長21公里的沼澤地的盡頭。在那里，陡峭的山峰將溫暖濕潤的太平洋氣流阻隔在外，冬雨會變成大雪。安裝在那里的儀器必須依靠能夠通過太陽能電池板充電的電池，并且每次充電都要維持自給數(shù)周甚至數(shù)月的時間。

這個站點的關(guān)鍵設(shè)備是靠電池供電的Parsivel雨滴譜儀。雨滴譜儀沒有采用耗電攝像機，而是利用高效的固態(tài)紅外激光器來測量每個穿過雨滴譜儀的雨滴的大小、反射率和速度。雖然不是每個雨滴都會成像，但它收集的數(shù)據(jù)足以讓科學(xué)家們確定所測量的是雨、雨夾雪還是雪，并判斷出降水率和水滴大小分布。這個偏遠的小觀測站還有一個Pluvio雨量計，這是一種高分辨率的電子稱重系統(tǒng)，計算每隔1分鐘飄落的雨量或雪量。

如果一切順利，儀器整個冬天都會被留在山上，只有研究生喬?扎戈羅德尼克（Joe Zagrodnik）以及公園管理員C?J?烏爾內(nèi)斯（C. J. Urnes）和比爾?巴克斯（Bill Baccus）會偶爾來查看一下。他們的工作是將數(shù)據(jù)下載到U盤，清空Pluvio雨水收集器，并處理意外情況。麥克莫迪告訴我：“去年我們試運行了裝有蜂窩無線數(shù)據(jù)鏈路的儀器。但這些儀器都停止了工作。電池沒電了，里面進了濕氣，我們無法收到信號，通信也中斷了。”

2016年，偏遠的地面站安裝了銥星調(diào)制解調(diào)器，若有裝置停止運轉(zhuǎn)，調(diào)制解調(diào)器就會給控制室打電話。溫格有點擔(dān)心，他必須預(yù)料最壞的情況。他說：“可能來了一頭麋鹿，蹭到一臺儀器；或者一只熊在盒子周圍嗅來嗅去；或是一只林鼠咬壞了電線；電線有備用的……但我沒帶任何備用儀器。”

溫格坦率地說，他更愿意用直升機運送儀器。但Olympex小組選擇的地點在奧林匹克山脈的迎風(fēng)坡上，正好在指定的自然保護區(qū)中央。在這里，只有當(dāng)沒有其他選擇時才允許使用機動車。所以就選擇了騾子。 

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我后來得知，他們確實遇到一只在漿果樹叢進食的大黑熊。扎克羅德尼克后來告訴我：“顯然熊根本沒心思理其他事情。它看看我們，然后繼續(xù)吃漿果。”但是騾子受到了驚嚇，經(jīng)過安撫才繼續(xù)前進。那天晚上在營地，那只熊再次出現(xiàn)。扎克羅德尼克說，領(lǐng)頭騾子亨利“掙脫繩子，轉(zhuǎn)圈瞎跑”，并撞到很多東西。“我們已經(jīng)把儀器卸了下來，所以看著空箱子在地上翻滾，只讓我們感到很滑稽。”接下來的行程，包括安裝和接通設(shè)備，都平安無事。

那次冒雨出行的幾個月后，我在學(xué)校遇到了麥克莫迪。她的小組在Olympex控制室（實際就是一間被挪用的辦公室）外工作。在那里，數(shù)十名科學(xué)家以實地或在線的方式檢查儀器及飛機的每日更新，并進行最重要的工作——隨后幾天的預(yù)測。

麥克莫迪興奮地告訴我，天氣再好不過了，也就是說天氣更糟了，公園遭遇了幾次大規(guī)模的暴風(fēng)雨。在一次為期10天的測量中，公園高海拔的觀測站記錄了104厘米的降雨，超過西雅圖全年的降雨量。因為洪水，奎諾爾特一些地方的山路都變成了溪流。湖面水位也提高了，機動多普勒裝置的車軸都浸在水下；科學(xué)家們不得不劃著皮艇進行日常維護。她說，在另一場暴雨中，610米處的觀測站記錄了超過30厘米的降雨，而10公里外海岸邊的一個觀測站記錄的降水量不足5厘米。“很明顯這是非常大的差異因素。顯然，高度、位置和降水之間不存在簡單的線性關(guān)系。”

扎克羅德尼克在維護過程中遇到的最大麻煩，是另一名研究生踩到一塊木頭滑到，摔斷了腿。傷勢相當(dāng)嚴(yán)重，用騾子撤離是不可能了，他們不得不調(diào)用了直升機。直至冬季結(jié)束，也不會再有類似的Olympex設(shè)備救援了。冬季罕見的暴風(fēng)雨吹倒了幾百棵樹，甚至阻塞了通往入山口的10公里通道。

麥克莫迪說：“路修好前，騾子上不去，而且他們需要騾子來修路。這需要一段時間。”

但科學(xué)研究仍在繼續(xù)。在2015年12月初一個完美的日子里，當(dāng)GPM衛(wèi)星經(jīng)過上空時，3架科研飛機都飛入或飛到了暴風(fēng)雨上空。麥克莫迪感嘆地說：“那次收集的數(shù)據(jù)集非常理想，堪稱奇跡。”圣誕節(jié)前飛機結(jié)束了幾乎天天都有的飛行任務(wù)，而氣象站和雨量計網(wǎng)絡(luò)則在繼續(xù)收集海量數(shù)據(jù)。

麥克莫迪說，解析Olympex數(shù)據(jù)（目前已有17太字節(jié)的數(shù)據(jù)和計數(shù)）和充分驗證GPM衛(wèi)星很可能需要幾年的時間。“數(shù)據(jù)分析是一項艱巨的任務(wù)。”但是數(shù)據(jù)太多就如同雨水過多，都是這些科學(xué)家喜歡的問題。

作者：Mark Harris