美国国家航空航天局的s-MODE野外活动部署到太平洋

在美国国家航空航天局在美国西海岸外太平洋进行的次中尺度海洋动力学实验（s-MODE）的试点活动中，人们看到自主波浪滑翔机正准备部署在研究船Oceanus的甲板上。

编者按：2022年10月14日，添加了一张搭载模块化航空传感系统的双水獭国际飞机的合成图像。

该任务的舰艇、飞机和海洋机器人团队将研究海洋漩涡和其他对气候有重大影响的海面难以捉摸的特征。

10月初，当“大胆地平线”号研究船从俄勒冈州纽波特启航时，它加入了一支由飞机、无人机和其他高科技飞行器组成的小舰队，追逐海洋的变形物理。

美国国家航空航天局的亚中尺度海洋动力学实验（s-MODE）正在旧金山海岸110海里外的一片海域汇聚。在28天的时间里，该团队将部署新一代工具来观察海气边界的漩涡、洋流和其他动态。目标：了解这些动力学如何驱动海洋和大气之间的营养物质和能量的交换，并最终帮助塑造地球气候。

也许最熟悉的“亚中尺度”特征是富含浮游植物的漩涡，或漩涡，可以从轨道地球卫星上看到它们在海洋中盘旋。

马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所的科学家、S-MODE的首席研究员汤姆•法拉尔说：“一些最酷的海洋亚中尺度涡旋图像来自阿波罗太空飞行任务中拍摄的照片。”

美国国家航空航天局的s模式任务带来了新一代的观测工具，用于研究海洋表面洋流，如图所示，以及影响地球气候的海气边界的其他动力学。

这些特征很难分析，因为它们跨度高达6.2英里（10公里），比任何船只都大，但比通常通过卫星测量研究的区域都小。充满能量，它们可以在数小时内发生变化。Farrar说，直到最近，研究人员在计算机上模拟这些动力学的能力已经超过了他们在海上处理它们的能力。

这项工作很重要，因为虽然表层只占海洋的2%左右，但它在气候系统中发挥着巨大的作用。它就在那里，在海气边界，营养物质、气体和热量在这里交换——这一过程被称为垂直交换。

这个过程还没有被完全理解，S-MODE的观察可能有助于调和当今模型之间的差异。这对气候科学的意义重大。据估计，亚中尺度涡旋对垂直热交换的净影响比与温室效应相关的地球能量失衡大一个数量级。

像这里看到的这种无人机是自主海洋研究船舰队的一部分，测量洋流、盐度和叶绿素含量等因素，这是美国国家航空航天局s-MODE实地活动的一部分。

海洋表面计时

从位于加利福尼亚州爱德华兹的美国国家航空航天局阿姆斯特朗飞行研究中心的King Air B200飞机腹部突出的是一个法拉尔称之为此次任务恒星之一的仪器。DopplerScatt在28000英尺（8.5公里）的高空中使用雷达从风吹的海洋表面反射电磁能量，并测量散射的能量。

该仪器由美国国家航空航天局位于南加州的喷气推进实验室开发，可以同时绘制地表洋流和风的地图。美国国家航空航天局华盛顿总部的S-MODE项目科学家兼物理海洋学项目经理Nadya Vinogradova Shiffer说：“通过S-MODE，我们试图同时观察两件事：海洋如何移动，以及海洋和大气如何相互交流和影响。”

喷气推进实验室DopplerScatt的首席研究员Dragana Perkovic Martin说，由于雷达无法“读取”平静平坦的海面，该团队依靠最先进的天气预报来识别崎岖多风的情况。她补充道：“光滑的海面几乎不会产生雷达信号。我们需要风来干扰海面，并产生我们想要的信号。”“参与这样规模的任务可能令人兴奋和紧张。”

美国国家航空航天局的s-MODE野外活动带来了一艘设备密集的研究船和新一代的观测工具，用于研究海洋表面附近的动力学。

另一架飞机上有一台仪器，可以用数十亿种颜色对微观海洋生物进行成像。JPL的便携式远程成像光谱仪（PRISM）就像一个金属篮球，将乘坐湾流III喷气式飞机，探测从紫外线到红外线数百种波长的浮游植物水华。

通过追踪叶绿素（这些藻类的一个信号），PRISM将帮助科学家可视化生态与洋流的相互作用，提供比熟悉的三通道（红、绿、蓝）相机多得多的信息。PRISM的JPL首席调查员David Thompson说，它还将在竞选期间为次日的飞行计划提供信息。

他说：“PRISM是我们在大洋中寻找次中尺度特征的眼睛之一。”“这个任务是令人难以置信的跨学科的，我们都围绕着这个工具走到一起。”

在一架商业双水獭国际飞机上是模块化航空传感系统（MASS），如图所示。它可以表征海洋的颜色和波浪、海面温度和上层洋流。它是在加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的海气相互作用实验室开发的。照片由Nick Statom和Luc Lenain提供对于下面在Bold Horizon上航行的团队来说，在时速5英里的研究船上的生活会让人感到局促和冒险。Farrar说：“这很有趣，但就像露营或爬山一样有趣。”

挑战可能是不可预测的。去年的试验性发射克服了新冠肺炎的延误和导致几架滑翔机——配备科学仪器的类似冲浪板的海洋机器人——瘫痪的汹涌海浪。

在三次部署中的第二次部署中，该任务希望收集超过15个数据集，从生物学到大气天气模式。这些数据将补充美国国家航空航天局今年晚些时候发射的另一项任务。地表水和海洋地形卫星（SWOT）将以比以前更高的清晰度调查地球上几乎所有的水。

Farrar说：“海洋在所有空间尺度上都是湍流的，通过这些测量可以获得很多见解。”“美国国家航空航天局在海洋学方面发挥了重要作用，并且仍在推动我们对地球的理解。”

S-MODE的第三次也是最后一次部署计划于明年春天启动。

更多关于使命

S-MODE是美国国家航空航天局的海洋物理地球风险亚轨道-3（EVS-3）任务，由位于弗吉尼亚州哈姆特本的美国国家航空宇航局兰利研究中心的地球系统科学探路者（ESSP）项目办公室资助，并由位于加利福尼亚州硅谷的艾姆斯研究中心的地面科学项目办公室（ESPO）管理。