一颗将首次全面监测全球风力的卫星终于准备好发射了。经过近二十年的规划，欧洲航天局（ESA）的“风神”（Aeolus）任务计划于8月21日从法属圭亚那的库鲁发射。气象学家认为，其数据将显著改善天气预报，因为缺乏详细的风力测量是全球地球观测系统中最大的空白之一。
“风神”任务耗资4.8亿欧元（5.5亿美元），将使用紫外激光追踪大气层最下层30公里内的风速和风向。研究人员已经在飞机上使用类似的激光来研究特定地区的风，但这将是第一个覆盖全球的风力测绘任务。如果“风神”按计划运行，其数据可以显著改善热带地区的预报，并在地球的中高纬度地区提高几个百分点。“你可能认为这听起来不算多，但是如果我们将预报提高2%，对社会的价值将达数十亿美元，”英国雷丁欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的气象学家拉尔斯·伊萨克森说。更好的预报可以让人们更好地为风暴做好准备，例如。
到目前为止，气象学家一直通过气象气球和飞机飞行等各种来源拼凑有关风的信息。虽然科学家可以从卫星测量（例如，云的移动方式）中推断风速和风向，但没有卫星直接测量风。
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挑战
欧洲航天局在1999年选择了这项以希腊神话中的风神命名的任务。“这是一条漫长的道路，”该任务的项目经理安德斯·埃尔夫温说。它现在才到达发射台，是因为制造一种能够产生每次脉冲约10兆瓦所需功率的天基激光器存在困难。除其他挑战外，激光爆炸最初在系统的光学仪器上形成了一层薄薄的黑色物质。工程师最终在装置中添加了少量氧气，不超过光合作用的叶子产生的氧气量，以保护仪器表面免受污染。
每秒五十次，“风神”的激光将用数十亿个紫外光子束轰击地球大气层（见“世界首个风力测绘仪”）。其中几百个光子将从空气分子和颗粒上反弹，并反射回航天器的1.5米主望远镜。“风神”不仅会测量反射的距离（从而给出风的高度），还会测量分子来回移动时产生的波长微小变化。
这种“多普勒频移”使科学家可以计算风的速度和方向。“这比仅仅测量返回的信号更具挑战性，”德国航空航天中心位于奥伯普法芬霍芬的大气物理学家奥利弗·赖特布赫说，他领导了测试“风神”技术的飞机飞行。例如，这些信息将使科学家能够追踪大气中不同高度的不同风速，这些信息对于了解正在形成的暴风雨至关重要，但无法以任何其他方式在全球范围内获得。
“风神”的数据将输入数值天气预报，国家气象部门将在其中纳入温度、压力和湿度等大气条件，以生成未来几天的预报。不纳入风可能会导致重大误差：在一项研究中，欧洲中期天气预报中心分析了2014年3月欧洲的一次暴雨，发现如果他们早几天获得了太平洋上空更好的风力数据，他们的预报将更准确地预测即将到来的大雨。
预计热带地区的预报将得到最大程度的改进，部分原因是该地区的气象气球飞行相对较少。风在热带地区与其他大气因素的耦合也较弱，这意味着当已知温度和压力等数据时，在那里猜测风速和风向比在中纬度地区更困难。
发现
法国图卢兹气象局的气象学家阿兰·达巴斯说，“风神”的激光无法穿透厚厚的云层，因此它无法穿透气旋等风暴系统。
但是，它将能够追踪其他现象，例如从撒哈拉沙漠吹来的沙尘，或蔓延到不同高度的污染物羽流。“我确信会有一些有趣的发现，”科罗拉多州博尔德的波尔航空航天公司的工程师萨拉·塔克说，她从事风的激光测量工作。
如果“风神”成功发射，任务控制人员计划在9月启动激光系统，首批数据将于2019年1月底到达，并在4月之前纳入预报系统。目标是在卫星收集风力数据后不超过三个小时就提供风力测量数据。
该任务的寿命为三年。但是，如果“风神”的技术被证明是可靠的，它可能会为未来的风力测绘卫星铺平道路，瑞士日内瓦世界气象组织综合全球观测系统负责人拉尔斯·彼得·里肖高德说。
研究人员希望后续任务不会花费这么长时间来开发。“我们是在1999年设计的这个东西，”荷兰德比尔特皇家气象研究所的大气物理学家阿德·斯托费伦说。“看到它即将飞行真是太令人兴奋了。”
本文经许可转载，并于2018年8月17日首次发表。