“天眼”监测地球地下水变化

    一部“猫和老鼠”动画片，相信是很多80后的童年美好回忆。在太空中，也有一对被誉为“汤姆和杰瑞”的卫星。它们自2002年升空以来，在距离地面400多公里的太空中相互“追逐”，两颗卫星的距离时远时近，绕着地球不停运转。科学家们给它们的专业名称为“重力场恢复与气候实验卫星”，简称“GRACE重力卫星”。

    GRACE重力卫星的体积只有家用轿车这么大，两颗卫星相距约200多公里，通过相互发射K波段的微波信号来精确测定两者的距离变化，其测量误差小于0.1个微米，这相当于人类头发丝的百分之一。由于地球表面的质量迁移会导致重力的变化，这会引起两颗GRACE重力卫星之间的距离发生微小的变化。卫星通过精确测定这一距离变化信号，就可以反演地球的重力场变化及地表的质量迁移。

    GRACE重力卫星通过监测重力变化可以精确估计总的水质量变化，通过结合其他实测与模型资料，进一步扣除地表水和土壤水的影响后，可以用定量监测地下水的变化情况。目前，GRACE重力卫星成为监测地下水储量变化的唯一卫星遥感监测手段，并被广泛应用于全球和区域地下水监测。在美国加州地区、印度北部地区和中国华北地区等，GRACE重力卫星都已成功用于监测地下水的长期变化。

    GRACE重力卫星就像一双“天眼”，帮助人类时刻监视着地表与地下的质量变化。然而，这对“天眼”也有一些不足。受制于卫星研制时的技术水平和轨道设计的局限性，GRACE重力卫星的观测精度和空间分辨率仍不能完全满足地下水监测的需求。它无法“看清”更小空间尺度的质量变化信号。

    GRACE重力卫星的继任卫星GRACE Follow On重力卫星近日由SpaceX公司的猎鹰9号火箭从美国的范登堡空军基地发射。GRACE Follow On重力卫星除了搭载微波测距系统，还将搭载激光测距系统，其观测精度达到纳米量级，比微波测距精度又提升了三个数量级。这有望进一步提高重力卫星的观测精度和空间分辨率，提升重力卫星在水文学中的应用范围。

    （《北京日报》5.23 冯伟）