近日，挪威大學(xué)教授研發(fā)田野機器人，配上基于平面的遙感傳感器，該機器人可以通過觀測地球和大氣層來監(jiān)測影響氣候變化的氣體。

深入土壤的監(jiān)測

這款擁有三個大輪子，不會陷入泥土里的FieldFlux機器人可以將用放置在它的大臂上的采樣器，監(jiān)測土壤中少量的一氧化二氮（N?O）含量，完成監(jiān)測環(huán)境污染的工作。

盡管人們更熟悉二氧化碳在氣候變化中的影響，但其實N?O使全球變暖的潛力比二氧化碳高300倍。換句話說，一分子N?O的破壞能力與300分子的CO?相當。

來自挪威大學(xué)生命科學(xué)院的微生物生態(tài)學(xué)家LarsBakken教授說：“對N?O排放的量化有一個巨大困難在于，其數(shù)值會因為時間和地點的不同而產(chǎn)生巨大變化?！蹦壳?，Bakken教授正在與挪威一家名叫Adigo的公司合作，為NORA項目嘗試找到一個監(jiān)測土壤中N?O排放量的方法，并降低其排放。

教授表示：“這也是我們?yōu)槭裁匆鎏镆皺C器人的原因。如果你想要在一片試驗田中量化N?O的排放量，你必須在一塊地上反復(fù)不斷地測量?！?/p>

使用田野機器人可以大大提升工作效率，一個本來需要27個小時手工檢測的土地只需要1小時就能完成測試。這種方法在控制N?O方面非常重要，因為它使得農(nóng)民可以在必要時進行翻土工作。在土壤沒有較好地暴露在空氣中時（比如下大雨或者土壤非常緊實時），一些土壤中的微生物（多數(shù)是細菌）就會使用氮氧化物而不是氧化物來進行呼吸，從而產(chǎn)生N?O。但是還有少量細菌可以進行N?O的呼吸作用來吸收掉，因為它們有一種特殊的酶——N?O還原酶。NORA項目的研究員們發(fā)現(xiàn)，這種酶會因土壤的酸性過大或土壤中銅離子的不足而消失。

挪威大學(xué)生命學(xué)院的另一位教授，同時也是MarieSk?odowska-CurieActions項目的合作者AsaFrostegard說道：“我們探究了這些微生物的生物活動，研究它們產(chǎn)生N?O的生化過程。結(jié)果表明，不同微生物之間的作用方式有著很大差別?！?/p>

這些研究結(jié)果或許可以幫助農(nóng)民通過改變土壤酸性或土壤銅離子的含量來減少N?O污染。這就意味著，我們可以在耕作中使用富含鐵鎂的巖石或礦物質(zhì)來中和土壤酸性，而不是使用傳統(tǒng)的會導(dǎo)致N?O污染的撒石灰方法。

沖上云霄的觀測

監(jiān)測進入大氣層的顆粒（名為氣溶膠）的工作也一樣艱巨。歐盟MarieSk?odowska-CurieActions創(chuàng)建、德國科隆大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的ITaRS項目，正在使用飛行器搭載的遠程傳感器結(jié)合地面測量技術(shù)來監(jiān)測云層何時可能形成降水。ITaRS項目中負責(zé)激光雷達和微波輻射計方面的專家MariaBarrera說：“大氣層模型中一個主要的不確定性在于大氣層中云層和氣溶膠質(zhì)的相互作用方式。我們甚至不知道云層形成的細節(jié)?！?/p>

云的形成需要顆粒，比如灰塵或水汽作為凝結(jié)核。地面和空中監(jiān)測技術(shù)精確度的提升為研究者提供了更新的數(shù)據(jù)，使得他們更好地理解大氣環(huán)境。比如，風(fēng)暴的形成需要怎樣的條件？是如何形成的？Barrera說到：“我的測量方法可以應(yīng)用在天氣預(yù)報的數(shù)據(jù)同化過程中。你得到大氣狀態(tài)的反饋，通過模型計算，就可以得到預(yù)測結(jié)果?！?/p>

有了ITaRS項目發(fā)明的這項技術(shù)，研究者們就可以回答一些關(guān)于大氣層事件的科學(xué)問題了。比如說，在什么濕度、壓力、凝結(jié)核的條件下，云層可以形成降雨？在被動微波傳感器和雷達技術(shù)的幫助下，對這個問題的回答變得更加科學(xué)了。

ITaRS項目提供的數(shù)據(jù)不僅能夠擴增強我們對大氣層行為的理解，還可以幫助我們減少氣候預(yù)測模型中的不確定性，這使得我們能夠更好的理解氣候變化的過程。