一顆將首次全面監測全球風力的衛星終於準備好發射了。經過近二十年的規劃，歐洲航天局（ESA）的“風神”（Aeolus）任務計劃於8月21日從法屬蓋亞那的庫魯發射。氣象學家認為，其資料將顯著改善天氣預報，因為缺乏詳細的風力測量是全球地球觀測系統中最大的空白之一。
“風神”任務耗資4.8億歐元（5.5億美元），將使用紫外雷射追蹤大氣層最下層30公里內的風速和風向。研究人員已經在飛機上使用類似的雷射來研究特定地區的風，但這將是第一個覆蓋全球的風力測繪任務。如果“風神”按計劃執行，其資料可以顯著改善熱帶地區的預報，並在地球的中高緯度地區提高几個百分點。“你可能認為這聽起來不算多，但是如果我們將預報提高2%，對社會的價值將達數十億美元，”英國雷丁歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）的氣象學家拉爾斯·伊薩克森說。更好的預報可以讓人們更好地為風暴做好準備，例如。
到目前為止，氣象學家一直透過氣象氣球和飛機飛行等各種來源拼湊有關風的資訊。雖然科學家可以從衛星測量（例如，雲的移動方式）中推斷風速和風向，但沒有衛星直接測量風。
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挑戰
歐洲航天局在1999年選擇了這項以希臘神話中的風神命名的任務。“這是一條漫長的道路，”該任務的專案經理安德斯·埃爾夫溫說。它現在才到達發射臺，是因為製造一種能夠產生每次脈衝約10兆瓦所需功率的天基雷射器存在困難。除其他挑戰外，雷射爆炸最初在系統的光學儀器上形成了一層薄薄的黑色物質。工程師最終在裝置中添加了少量氧氣，不超過光合作用的葉子產生的氧氣量，以保護儀器表面免受汙染。
每秒五十次，“風神”的雷射將用數十億個紫外光子束轟擊地球大氣層（見“世界首個風力測繪儀”）。其中幾百個光子將從空氣分子和顆粒上反彈，並反射回航天器的1.5米主望遠鏡。“風神”不僅會測量反射的距離（從而給出風的高度），還會測量分子來回移動時產生的波長微小變化。
這種“多普勒頻移”使科學家可以計算風的速度和方向。“這比僅僅測量返回的訊號更具挑戰性，”德國航空航天中心位於奧伯普法芬霍芬的大氣物理學家奧利弗·賴特布赫說，他領導了測試“風神”技術的飛機飛行。例如，這些資訊將使科學家能夠追蹤大氣中不同高度的不同風速，這些資訊對於瞭解正在形成的暴風雨至關重要，但無法以任何其他方式在全球範圍內獲得。
“風神”的資料將輸入數值天氣預報，國家氣象部門將在其中納入溫度、壓力和溼度等大氣條件，以生成未來幾天的預報。不納入風可能會導致重大誤差：在一項研究中，歐洲中期天氣預報中心分析了2014年3月歐洲的一次暴雨，發現如果他們早幾天獲得了太平洋上空更好的風力資料，他們的預報將更準確地預測即將到來的大雨。
預計熱帶地區的預報將得到最大程度的改進，部分原因是該地區的氣象氣球飛行相對較少。風在熱帶地區與其他大氣因素的耦合也較弱，這意味著當已知溫度和壓力等資料時，在那裡猜測風速和風向比在中緯度地區更困難。
發現
法國圖盧茲氣象局的氣象學家阿蘭·達巴斯說，“風神”的雷射無法穿透厚厚的雲層，因此它無法穿透氣旋等風暴系統。
但是，它將能夠追蹤其他現象，例如從撒哈拉沙漠吹來的沙塵，或蔓延到不同高度的汙染物羽流。“我確信會有一些有趣的發現，”科羅拉多州博爾德的波爾航空航天公司的工程師薩拉·塔克說，她從事風的雷射測量工作。
如果“風神”成功發射，任務控制人員計劃在9月啟動雷射系統，首批資料將於2019年1月底到達，並在4月之前納入預報系統。目標是在衛星收集風力資料後不超過三個小時就提供風力測量資料。
該任務的壽命為三年。但是，如果“風神”的技術被證明是可靠的，它可能會為未來的風力測繪衛星鋪平道路，瑞士日內瓦世界氣象組織綜合全球觀測系統負責人拉爾斯·彼得·裡肖高德說。
研究人員希望後續任務不會花費這麼長時間來開發。“我們是在1999年設計的這個東西，”荷蘭德比爾特皇家氣象研究所的大氣物理學家阿德·斯托費倫說。“看到它即將飛行真是太令人興奮了。”
本文經許可轉載，並於2018年8月17日首次發表。