關於今年夏天颶風「哈維」(Harvey)肆虐美國德州休士頓(Houston)地區,美國航太總署(NASA)如何致力於讓詹森太空中心(Johnson Space Center)的任務控制中心團隊確保國際太空站(ISS)的太空人繼續安全飛行的相關訊息已經有不少媒體披露;在此向面臨天災威脅時放棄與家人安全待在家中、犧牲自我留守工作現場的NASA任務控制中心團隊成員們致敬!

而接下來在這篇文章中,讓我們一起來看看NASA所開發的技術在自然災害發生前、發生期間以及發生後,能為地球帶來什麼樣的貢獻,包括改善災民的生活品質以及催生更先進的天然災難預測/預防方法。

為地球人類帶來潔淨的用水

位於加勒比海的波多黎各(Puerto Rico)仍有大部分小島上缺乏淡水,而NASA的水過濾系統能協助改善這個狀況。

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圖中的ISS水回收系統是NASA的馬歇爾太空飛行中心(Marshall Space Flight Center)為太空站開發的再生式環境控制與生命維持系統(regenerative environmental control and life support system,ECLSS)的一部分
(來源:NASA)

一家成立於2005年的公司Water Security Corporation (WSC)擁有將NASA技術商用的專利,其型號為Discovery Model WSC4的淨水系統,能將被微生物污染的農業灌溉水過濾、消毒,而且不需要專業訓練就能操作。

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以ISS水回收系統為基礎改造的淨水系統正在伊拉克的Kendala 進行測試
(來源:NASA)

上圖中卡車上的裝置則是Model WSC 0.5,支援每分鐘2 公升(liters)的流速,能輕鬆搬運到卡車上前往不同的區域支援淨水,只要一台發電機甚至是手動幫浦就能運作。

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Water Security Corporation的Discovery Model WSC4淨水系統,支援每分鐘4加侖(gallon)的流速,可支援3萬加侖的儲水量
(來源:NASA)

在這些淨水系統中都配備專利的微生物止回閥(microbial check valve,MCV),是由總部位於美國奧勒岡州Myrtle Creek的公司Umpqua Research所開發;這種止回閥會釋出碘(iodine)到被污染的水中消滅病毒與細菌,然後添加名為Iodosorb的專利樹脂以去除碘。這種淨水程序符合美國環保署(EPA)的標準。

從太空預警颶風並提供分析

儘早對颶風或風暴可能侵襲的區域發出預警是非常重要的,以下有幾個NASA技術在此方面發揮功能的案例;其一是在2017年8月30日就被Unisys追蹤到的艾瑪(Irma)颶風,侵襲古巴以及加勒比海上的許多小島整整一週,並在(當地時間) 9月10日早上9點從美國佛羅里達州Cudjoe Key登陸,達到130英哩時速的第四級風(Category 4)。

而NASA的地球觀測系統資料與資訊系統(Earth Observing System Data and Information System,EOSDIS)在颶風預警方面就扮演了重要角色;EOSDIS負責擷取、儲存及管理所有來自NASA地球科學觀測衛星的資料,以供NASA本身與地方政府、緊急救難單位、商用遙測產業、學校、博物館等其他單位與一般大眾使用;EOSDIS目前正在處理數量龐大的NASA科學資料。

NASA讓EOSDIS資料完全對地球科學社群開放,並在2000年與企業界合作開發了一個地球科學「線上市集」,供大眾使用者註冊並快速取得需要的確切資訊,在出版研究論文與相關資源時也能避開NASA已經有的內容;該註冊資料庫原名為Earth Observing System Clearing House (ECHO),現在已經被另一個資料庫Common Metadata Repository (CMR)取代。

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從NASA GOES-13衛星拍攝到的艾瑪颶風影像
(來源:NASA Earth Observatory, Joshua Stevens)

此外NASA還協助開發並發射一系列地球同步運轉環境觀測衛星(Geostationary Operational Environmental Satellite,GOES);其中的第十三號衛星GOES-13在9月10日早上8點15分艾瑪颶風正通過佛羅里達礁島群(Florida Keys)時,擷取到了合成影像資料(上方圖),是在中解析度成像光譜儀(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)擷取的藍色地球影像上覆蓋紅外線資料(band 4)。

GOES-13衛星是由美國國家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)負責運作。接下來在9月10日早上10點50分,NASA的Terra衛星上之MODIS擷取到了自然色彩的艾瑪颶風影像;Terra衛星在距離地球705公里的太陽同步軌道上運作,在早上10點30分通過地球赤道。

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從NASA Terra衛星以MODIS拍攝的艾瑪颶風影像
(來源:NASA Earth Observatory, Joshua Stevens)

MODIS是NASA的Terra衛星與Aqua衛星上搭載的重要儀器,Terra的地球軌道是定時的,會在早晨(美國時間)由北往南穿越赤道;而Aqua則是會在下午由南往北穿越赤道。Terra與Aqua衛星上的MODIS每1~2天會從36個頻譜帶(波長群組)觀測整個地球表面,取得的資料將能讓我們更進一步了解地球動態以及地表、海洋與較低大氣層上發生的狀況。

在颶風或是熱帶風暴侵襲時,人們通常會關注颶風本身的風力與雨量,但其實風暴潮(storm surges)通常才是風暴中破壞力最強、對人類生命安全威脅最大的災害;美國國家氣象局(NWS)在艾瑪颶風發生時,就發出了從佛羅里達礁島群到坦帕灣(Tampa Bay)可能發生危險風暴潮的警報;氣象局預測最大風暴潮可能讓一般區域的水深漲到3公尺以上,而佛羅里達州的西部海岸通常是淺水區域,很多當地的住宅區都鄰近海岸的潟湖或是水道。

而在開發能準確預測地球變化的有效全球性互動式地球系統模型方面,MODIS可說是扮演了關鍵角色...

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