這張動(dòng)態(tài)圖記錄了1993-2017年海平面高度變化與全球長期數(shù)據(jù)平均值的比對(duì)情況，其中藍(lán)色和紫色的區(qū)域低于平均值，紅色、黃色和白色的區(qū)域高于平均值。

　　來源：NASA/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

　　2017年8月10日是革命性的海洋科考船——“太空船”發(fā)射的第二十五周年紀(jì)念日。隨著NASA/CNES測(cè)高衛(wèi)星（NASA和法國國家空間研究中心聯(lián)合研制的海洋地形任務(wù)Topex-Poseido，也可簡(jiǎn)稱T/P）正式進(jìn)入軌道運(yùn)行，我們迎來了海洋學(xué)的新時(shí)代，即首次高精度對(duì)全球海平面進(jìn)行測(cè)量的時(shí)代。Topex-Poseidon任務(wù)及其后繼三顆Jason系列衛(wèi)星的發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了全球洋流和潮汐的連續(xù)測(cè)量；為我們觀測(cè)厄爾尼諾等全球性氣候事件提供了新的手段；向我們提供了長達(dá)25年全球和區(qū)域海平面升高的精確記錄；同時(shí)提升了對(duì)颶風(fēng)、洪水和干旱等極端天氣事件的預(yù)測(cè)精度。

　　實(shí)現(xiàn)全球海平面高度的連續(xù)觀測(cè)大概就是慶祝美國與法國長期以來合作的最好方式了——為海洋和氣候的研究提供了基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。

　　Topex-Poseidon衛(wèi)星

　　Topex-Poseidon圖解

　　來源：NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

　　1992年，Topex-Poseidon發(fā)射之初，沒有人預(yù)想到它的海洋高度測(cè)量精度能夠持續(xù)長達(dá)三十年的記錄，歷經(jīng)四個(gè)航天器。事實(shí)上，許多海洋科學(xué)家當(dāng)時(shí)并不相信，Topex-Poseidon傳感器能夠足夠精確的從波浪、潮汐等變化的海洋噪聲信號(hào)中探測(cè)出海平面上升的情況。相反，雷達(dá)高度計(jì)和輻射計(jì)測(cè)量系統(tǒng)卻是一開始就超過預(yù)期。在這25年的連續(xù)運(yùn)行中，Topex-Poseidon及其后繼衛(wèi)星的探測(cè)結(jié)果表明，全球平均海平面上升了2.8英寸（7厘米）。

　　我們地球上的海洋太遼闊復(fù)雜，任何一顆衛(wèi)星和任何一個(gè)國家都無法做到充分測(cè)量。Topex-Poseidon及其后繼Jason系列衛(wèi)星任務(wù)是美國宇航局和法國國家空間研究中心領(lǐng)導(dǎo)的長期國際合作關(guān)系的優(yōu)秀成果。將近三十年來，NASA和CNES的科學(xué)家和工程師匯集了他們的專長、才華、思路，設(shè)計(jì)和創(chuàng)造了這套集成的太空測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)踐證實(shí)了1+1>2的科學(xué)效應(yīng)。NASA和CNES的共同合作，應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)獲取超精度和超準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，然后將測(cè)量結(jié)果完全免費(fèi)的向公眾公開。通過這一努力，前所未有的向人類展示了全球海洋的基本情況，幾天到幾十年的時(shí)間尺度上海洋如何變化、，以及海洋是如何影響——以及響應(yīng)——天氣與氣候的等等。

　　“NASA和CNES的科學(xué)家和工程師們已經(jīng)合作了不止一代，完成了從太空精確的測(cè)量海洋表面，為我們地球上兩大流體系統(tǒng)——海洋和大氣的運(yùn)動(dòng)和互作用提供了有力的研究手段，”位于華盛頓的美國宇航局地球科學(xué)司司長Michael Freilich說。

　　洋流圖

　　動(dòng)畫記錄了NASA衛(wèi)星探測(cè)的2005年6月至2007年12月海洋表面的流動(dòng)情況。觀測(cè)大西洋灣流和太平洋黑潮攜帶的暖水如何以每小時(shí)超過四英里（六公里）的速度在數(shù)千英里內(nèi)運(yùn)輸；如南半球Agulhas的沿岸流如何將赤道水運(yùn)輸?shù)降厍虻臉O地；以及成千上萬的其他洋流是如何否限于特定區(qū)域，并形成緩慢流動(dòng)的做圓周運(yùn)動(dòng)的渦旋。

　　來源：NASA/SVS

　　Topex-Poseidon的首要任務(wù)是全面監(jiān)測(cè)海洋表面洋流的主要變化模式。海面上大型山丘和山谷揭示了洋流的位置，它們的高度可以超過六英尺（兩米）。海底地形的峰谷分布是依靠水溫和壓力的變化探測(cè)的。像灣流這樣的大尺度洋流傾向于沿著等高度線流動(dòng)，循著山脈和山谷的邊緣。地形坡度表示流速。然而，與陸地上的地形不同，流動(dòng)的“水體”會(huì)根據(jù)風(fēng)、溫度和其他因素發(fā)生變化，導(dǎo)致洋流的位置和速度發(fā)生變化。因此，想監(jiān)測(cè)地球上整個(gè)海洋表面這些變化的唯一方法，就是利用軌道衛(wèi)星對(duì)海表面高度進(jìn)行精確的遙感測(cè)量。

　　Topex-Poseidon衛(wèi)星十天為一個(gè)周期測(cè)量幾乎整個(gè)地球上海洋的形態(tài)，第一次定量的探測(cè)洋流的季節(jié)性變化情況。Topex-Poseidon和Jason1-3任務(wù)返回的數(shù)據(jù)能夠反映出大洋環(huán)流通過能量傳輸影響氣候的過程

　　海洋中儲(chǔ)存的熱量

　　NOAA對(duì)海洋上層儲(chǔ)熱的年度評(píng)估結(jié)果（2015年結(jié)果），結(jié)合了Topex系列數(shù)據(jù)，用于分析全球氣候變暖。

　　來源：NOAA

　　超過90%由全球變暖引起的的熱量都儲(chǔ)存在海洋中，這意味著海洋是調(diào)節(jié)全球氣候的關(guān)鍵因素。過多的熱量會(huì)導(dǎo)致海水膨脹，加快海平面上升的速度。通過測(cè)量長期以來的海平面變化趨勢(shì)和洋流影響下的海表形態(tài)，Topex-Poseidon和Jason系列衛(wèi)星為了解海洋在全球氣候變化中的作用提供了這兩個(gè)基本參數(shù)。

　　“隨著人為活動(dòng)加劇全球變暖，加速了海平面上升速度，我們正致力于恢復(fù)海表形態(tài)，”位于加州帕薩迪納的NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室主要負(fù)責(zé)Jason-3項(xiàng)目的科學(xué)家Josh Willis說，“衛(wèi)星測(cè)高的精度決定了我們對(duì)海平面的認(rèn)知，即海平面上升了多少以及上升速度有多快?！?/p>

　　厄爾尼諾，拉尼娜等現(xiàn)象

　　如圖所示，Topex-Poseidon的早期貢獻(xiàn)在于全面記錄了1997年的厄爾尼諾現(xiàn)象，接著在1999年記錄了拉尼娜現(xiàn)象。顏色較深的區(qū)域表示海表平面高度低于正常值，而顏色較淺和白色的區(qū)域比正常值高。

　　來源：NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

　　幾十年來，科學(xué)家們無法預(yù)測(cè)厄爾尼諾現(xiàn)象和其他年際海洋變化是如何改變區(qū)域天氣的。部分原因是由于觀測(cè)手段的限制，即傳統(tǒng)的船測(cè)和浮標(biāo)測(cè)量，無法對(duì)遠(yuǎn)在赤道太平洋的海域進(jìn)行大面積、長時(shí)間序列的觀測(cè)，因此難以追蹤上述海洋現(xiàn)象的起源和發(fā)展。Topex-Poseidon和Jason系列衛(wèi)星第一次全面和長周期的對(duì)厄爾尼諾和拉尼娜事件提出全球性觀點(diǎn)。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目科學(xué)家Lee-Lueng Fu關(guān)于前兩次海洋測(cè)高任務(wù)指出——“Topex-Poseidon讓我們能夠長期跟蹤這些海洋現(xiàn)象的演變過程，不僅限于熱帶地區(qū)，同時(shí)對(duì)海洋長期變化過程提供了證據(jù)?！逼渲兄痪褪翘窖笫隄齽?dòng)（Pacific Decadal Oscillation, PDO），與厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象相似，但不同的是它的相位能夠持續(xù)幾十年。

　　過去25年中，借助衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，科學(xué)家們確定了多年海洋震蕩與全球各地的干旱和洪澇災(zāi)害等極端氣候事件的相關(guān)性。雖然目前這些事件的成因并沒有完全揭示，但是已經(jīng)比全球星載計(jì)劃之初有更好的觀測(cè)和預(yù)報(bào)能力。

　　開闊大洋的潮汐

　　圖為來自Topex-Poseidon海平面數(shù)據(jù)的日均全球潮汐數(shù)值模型結(jié)果。

　　來源：ESR

　　衛(wèi)星測(cè)量之前，深海潮汐測(cè)量步履維艱，代價(jià)高昂且觀測(cè)點(diǎn)時(shí)空過于離散。當(dāng)Topex-Poseidon返回的數(shù)據(jù)計(jì)算出第一幅全球潮汐圖，改變了科學(xué)家對(duì)潮汐耗散的理解。數(shù)據(jù)表明，接近三分之一的潮汐能量在開闊大洋中耗散，耗散過程對(duì)海洋水體混合發(fā)揮了前所未知的重要作用。

　　Jason-1衛(wèi)星

　　Topex-Poseidon頭三年身擔(dān)重任，但是在很久之前，海洋學(xué)家和其他地球科學(xué)學(xué)家就已經(jīng)意識(shí)到長時(shí)間連續(xù)觀測(cè)的重要價(jià)值。Fu解釋說，“海平面高度是地球科學(xué)系統(tǒng)的基本參數(shù)，所以科學(xué)家們絞盡腦汁的對(duì)其進(jìn)行攻關(guān)不無道理?！痹趶?qiáng)大的團(tuán)隊(duì)支持下，Jason-1由NASA和CNES共同努力并與2001年12月升空。接下來三年，Topex-Poseidon和Jason-1在飛行軌道上相互協(xié)調(diào)，使科學(xué)家對(duì)其進(jìn)行交叉校準(zhǔn)和測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球海洋的高頻觀測(cè)。另外，每個(gè)后續(xù)任務(wù)也都與之前的任務(wù)軌道和角度相重疊，確保數(shù)據(jù)來源的一致性。

　　迄今為止，每顆海洋測(cè)高衛(wèi)星都比預(yù)先超期服役。Topex-Poseidon長達(dá)13年的工作最終于2005年退役，Jason-1也工作了12年，直到2013年7月。九年壽齡的Jason-2和Jason-3（于2016年1月發(fā)射）目前仍在運(yùn)行。

　　Jason-2衛(wèi)星

　　Lee Fu（左側(cè)）是Topex Poseidon和Jason-1/2的項(xiàng)目科學(xué)家，Josh Wills（右側(cè)）是目前仍在運(yùn)行的Jason-2/3項(xiàng)目科學(xué)家。

　　來源：NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

　　隨著2008年6月Jason-2的升空，星載海洋測(cè)高的發(fā)展從研究對(duì)象轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)應(yīng)用，給社會(huì)發(fā)展和人民群眾帶來切實(shí)的利益。任務(wù)執(zhí)行部門從NASA和CNES研究機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)镹OAA（美國國家海洋和大氣管理局）和EUMETSAT（歐洲氣象衛(wèi)星組織）；的確，衛(wèi)星高度計(jì)對(duì)NOAA常規(guī)厄爾尼諾事件的預(yù)測(cè)尤為重要。NASA和CNES團(tuán)隊(duì)繼續(xù)提供科學(xué)支持，儀器設(shè)計(jì)和科學(xué)的預(yù)測(cè)、專業(yè)數(shù)據(jù)管理。