“跨世纪”观测计划——EOS（地球观测系统）

•  从诞生到现在，对地观测卫星在监测大气要素的垂直分布和时间变化、大气中的臭氧、气溶胶、沙尘暴、城市热岛效应、海洋石油污染和赤潮、地面植被生长状况、森林火灾、土壤湿度以及生态环境变化等方面发挥了重要作用。

Earth Observation System（地球观测系统）

  EOS（Earth Observing System）是美国宇航局（NASA）发起的一项重要地球观测系统计划，跨越20多年的时间。该计划涉及多个卫星任务，每个任务都具有特定的观测目标和仪器。这些卫星被设计用来测量和监测大气成分、地表覆盖、陆地表面温度、海洋表面温度、海洋环流、冰盖变化等地球系统的关键参数。

  目前，EOS任务主要包括10颗卫星，分别是Terra、SAGE-III（平流层气溶胶和气体实验-III Meteor-3M）、SORCE（太阳辐射与气候实验）、QuikSCAT（快速散射仪）、Landsat 7、Jason-1、ICESat（冰、云和陆地高程卫星）、Aura、Aqua、ACRIMSAT（主动腔辐射计辐照度监测卫星）。这些卫星共同为科学家们提供了丰富的地球观测数据，促进了对地球环境变化的理解和预测。

01—Terra（EOS-AM1）

  1999年12月18日，第一颗EOS的上午轨道卫星Terra（EOS-AM1）(拉丁语“地球”的意思) 发射升空，2000年2月24日开始收集数据，主要目的是观测地球表面。

  Terra卫星上共有五种传感器，能同时采集地球大气、陆地、海洋和太阳能量平衡等信息：云与地球辐射能量系统CERES、中分辨率成像光谱仪MODIS、多角度成像光谱仪MISR、先进星载热辐射与反射辐射计ASTER和对流层污染测量仪MOPITT。（Terra是美国、日本和加拿大联合进行的项目。美国提供了卫星和CERES、MISR和MODIS，日本提供ASTER，加拿大提供MOPITT。）

  Terra沿地球近极地轨道航行，高度是705km， 位于与太阳同步的圆形极地轨道上，每 99 分钟从北向南（在地球的白天一侧）运行，所以Terra之前也有人称之为上午星。

Terra应用

•  2023 年 11 月 28 日，NASA Terra卫星上的MODIS（中分辨率成像光谱仪）拍摄到了冰山 A-23A的图像，此时距冰山从菲尔希纳冰架（较大的罗纳冰架以东）破裂已过了 37 年。冰山 A-23A向北漂过威德尔海，更靠近航道、野生动物栖息的岛屿以及南大洋温暖的冰山摧毁水域。这一天，这座冰山漂流到了南极半岛顶端的几个岛屿附近，距离其诞生地约 1700 公里。

冰山 A-23A漂移路线轨迹

•   2024年1月30日，当Terra卫星飞越北美以南的墨西哥湾时，捕捉到一种不寻常的现象，一连串不规则的圈圈点缀在云层中，格外耀眼，根据图像比例，可以看出圈圈直径达数十公里。这种不寻常现象名为“雨幡洞云”，从地面上看，它们就像是从云层中整齐切下来的一个大圆或椭圆，这种现象主要是由飞机造成的。（当螺旋桨飞机或喷气式飞机从中层云中穿过时，螺旋桨的“绝热膨胀”过程直接让液态水滴开始冻结，产生更多的冰晶，当冰晶变得足够重时，开始纷纷坠落，让云层出现孔洞。）

02—Aqua（EOS PM-1）

  2002年5月4日，Aqua星（EOS PM-1）（拉丁语“水”的意思）成功发射，下午卫星，通过赤道时间13:30，主要目的是用来研究降水、蒸发和水循环。

  Aqua搭载的6种仪器分别为大气红外探测器AIRS、高级微波扫描辐射计AMSR-E、改进的微波探测单元AMSU、云和地球辐射能量系统CERES、湿度探测器HSB、中分辨率成像光谱仪MODIS。

  关于MODIS：一台由Terra携带着，另一台由Aqua携带。该装置每1～2天提供地球表面观察数据一次。它们被设计用于提供大范围全球数据动态测量，包括云层覆盖的变化、地球能量辐射变化，海洋陆地以及低空变化过程。

  由于燃料限制，Aqua 于 2021 年 12 月完成了最后一次阻力补偿机动，目前处于自由漂移模式。

Aqua应用

•  2015 年 2 月 13 日，2014-2015 年冬季最冷的空气在美国东部三分之二的地区上空沉降。北极气团给中西部和中西部地区带来了零度以下的风寒。尽管表面寒冷，但Aqua的红外卫星图像显示，与气团相关的云顶温度甚至更低。

世界标准时间 7:29（美国东部时间凌晨 2:29），Aqua 卫星上的 AIRS 仪器拍摄的这张伪彩色红外图像显示，纽约、佛蒙特州和新罕布什尔州上空的云顶温度接近 245K/-28C/-18F（绿色到蓝色阴影）

•  2024 年 4 月 8 日，在美国的人们可以根据他们在的位置看到日偏食或日全食。使用 Aqua MODIS 云数据来绘制平均历史云覆盖率地图，可以看出与其他地区（例如德克萨斯州南部）相比，沿途的某些地区（例如佛蒙特州）被云遮挡的可能性要大得多。

2004 年至 2023 年 4 月 7 日至 4 月 14 日八天内的平均云量，源自当地时间下午 1:30 左右进行的卫星测量

03—Aura ( EOS CH-1 )

  Aura ( EOS CH-1 ) （拉丁语“空气”的意思）是一颗多国NASA科研卫星，于 2004 年 7 月 15 日发射。它是继Terra和Aqua之后地球观测系统（EOS）的第三个主要组成部分。Aura 是 NASA、荷兰、芬兰和英国之间的联合任务。

  Aura 在“A-Train”卫星星座中以编队飞行，距离 Aqua 大约 15 分钟，该卫星星座由几颗近距离飞行的卫星组成。Aura主要用于研究地球的臭氧层、空气质量和气候，能够每日观测地球大气层的臭氧层、空气质量和主要气候参数。

  Aura搭载的4种仪器分别为高分辨率动态临边探测器HIRDLS、微波临边探测器MLS、臭氧监视仪OMI、对流层发射光谱仪TES。

Aura应用

• COVID-19 对全球空气污染的影响：

  NASA观察到，遏制 COVID-19（新型冠状病毒肺炎） 传播的努力导致世界各地的空气污染水平发生了前所未有的变化。来自多个学科的专业人士使用这些数据来评估大流行的影响。例如，二氧化氮 (NO₂) 是一种不利于呼吸的污染物，也是人类活动的示踪剂，因为它是在化石燃料燃烧过程中排放的。

• 空气质量管理者对二氧化氮数据感兴趣 ，以评估封锁对空气污染水平的影响。
• 卫生专业人员使用NO₂ 数据来衡量特定地区为遏制或减缓疫情而采取的封锁措施的有效性（例如交通和工业排放的减少）。
• 气候研究人员使用NO₂数据作为共同排放的CO₂排放量的代表 ，从而推断出城市和发电厂气候气体的变化。

  下面的两张图显示来自美国东北部 Aura 臭氧监测仪器 （OMI）的NO₂卫星数据。

  第一张显示了 2015 年至 2019 年期间的平均值，第二张显示了 2020 年大流行封锁期间的平均值。与 2005 年至今的 OMI 数据记录中任何 3 月的月度值相比，2020 年 3 月的月度值是最低的。

Aura 臭氧监测仪器 (OMI)的NO₂卫星数据

• NASA 和 NOAA（美国国家海洋和大气管理局）的研究人员利用Aura、Suomi NPP和NOAA-20卫星上的仪器检测和测量臭氧空洞的增长和破裂。2022 年 10 月 5 日，这些卫星观测到单日最大臭氧洞面积为 1020 万平方英里（2640 万平方公里），略大于2021年。

2022 年 10 月 5 日南极上空臭氧空洞的大小和形状，当时臭氧空洞达到了当年的单日最大范围

参考资料

1. 美国宇航局（https://www.nasa.gov/）
2. 地球观测系统（https://eospso.nasa.gov/）
3. 海洋卫星和地球观测系统(EOS)，中国标准物质网
4. 地球观测系统（EOS）卫星，知乎网
5. 美国宇航局卫星捕捉一连串不寻常圈圈，是什么?打破你的认知，网易号