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科學家使用太空激光雷達追蹤海洋動物大遷徙

2020 / 01 / 20
激光雷達的歷史只有短短的60年,但多年以來,激光雷達技術一直應用于軍事、航空航天、氣象等各行各業中,比如地圖繪制、測距、環境監測、自動駕駛、制導、農業等領域。
(激光雷達探測霧霾 )
環境監測激光雷達,雖然只是激光雷達應用領域下面一個不大的分支,但是隨著人們對環境保護的日益關注,它的研發與應用也逐漸走入人們的視野。舉個例子,現如今的歐洲可以做出精確的沙塵、火山灰和城市霧霾的準確報道,這大部分都得益于整個歐洲的環境激光雷達探測網絡。
(CALIPSO衛星 )
基于使用平臺,環境監測類激光雷達可分為地基、機載、船載和星載這幾種。其中,最為著名的是美國的CALIPSO星載激光雷達平臺。它能夠提供全球的氣溶膠、云層的時空分布特性,為研究沙塵輸運、火山灰傳輸、卷云和混合相云特性提供了寶貴的數據支持。
(CALIPSO的霧霾探測結果 )
無論是何種激光雷達,它們的基本組成是共通的,都由發射、接收、采集和處理四部分組成。其中,發射部分由激光器、擴束鏡組成,部分對光束帶寬、中心波長和偏振純度有要求的儀器還會相應的增加種子注入模塊,鎖頻控制模塊和起偏器。

而在接收部分,一般根據探測需求采用不同尺寸、結構的望遠鏡,經過相應的光學處理單元最后被光電轉換器件探測轉換成電信號,最終被高采樣率的采集卡采集存儲。

近來,美國宇航局(NASA)和法國國家空間研究中心(CNES)聯合進行的一項研究是首次利用太空激光追蹤大規模海洋動物遷徙的一次全球性研究,這項研究每天進行兩次。利用2006年發射的“云-氣溶膠激光雷達與紅外探路者衛星觀測”(CALIPSO)衛星,這項歷時10年的空前研究可能會提供有關地球氣候的新見解。
(示意圖)
簡單地說,在晚上,一些海洋動物會上升到海洋表面附近,以微小的浮游生物為食。而在日出之前,這些動物會潛入海洋深處,躲在黑暗水域中。這項巨大的遷移活動在許多領域都具有重要意義,比如幫助我們了解地球碳循環及其如何影響氣候模型。因此,NASA和CNES從2008年至2017年使用CALIPSO光探測與測距激光雷達(LIDAR)對這些現象進行探測和研究。

研究負責人、俄勒岡州立大學科瓦利斯分校的高級研究員Mike Behrenfeld教授表示說:“來自太空的激光雷達允許我們做的是每16天在全球范圍內對這些遷徙的動物進行一次采樣,持續長達十年。我們從未有過如此廣泛的全球報道,讓我們研究這些動物的行為,分布和數量。”
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