GRACE卫星

NASA与德国航空中心的合作项目

GRACE卫星是美国国家航空航天局(NASA)跟德国航空中心的合作项目，是观测地球重力场变化的卫星。通过重力场的变化，科学家能推测出地下水的变化。GRACE卫星于2002年升空后开始将重力数据传回地球。而在此前十多年，美国测量地下水只是在地球表面进行，包括1383个采用实时声探的地质调查观测井，5908个日常读数的观测点，再加上对全国数十万个井、沟、洞穴进行水位测量作为补充。

性能

GRACE，包含两个完全相同的卫星，这两颗卫星将在轨道上相距220公里，并且在距离地面500公里的轨道上运行。卫星上配置的精密科学仪器，能够精确测量两颗卫星之间的距离，进而侦测出重力场的变化。

GRACE卫星的大小与小汽车相仿，两颗卫星相隔约135英里(216公里)，以近极圆轨道运行。它们通过向对方发射微波来校准彼此之间的精确距离，测量误差不超过人的一根头发。

功能

按照最初的设想，GRACE实验会是大地测量学专家的最爱，可被用来研究地球大小、形状和旋转轴变化等。但它们涉及的领域日益广阔，气候科学家可以通过它们的数据研究冰层融化，水文学家也意识到能其研究地下含水层。

GRACE卫星能看到冰川、雪地、水库、地表水、土壤水和地下水的所有变化。它开创了高精度全球重力场观测与气候变化试验的新纪元，也是监测全球环境变化(陆地冰川消融、海平面与环流变化、陆地水量变化、强地震)的有力手段。

计算原理

研究人员表示，重力有两项迷人的特质。首先就是它的恒常性。地球是一颗十分均匀的球体，重力几乎在各处都相同。在地球上不同地点，你所量到的体重都差不多。不过，如果你仔细观察，你会发现其中某些变化。GRACE就是打算对重力场的变化进行非常高精度的测量，这样的测量对于海洋学家来说十分重要。他们想要知道所见的海洋地形，其中有多少是由重力而非洋流塑造而成。

另一个让科学家感兴趣的特质就是，重力不是永久不变的，而是会随着时间而改变。例如，地球极区的冰在过去比较多，这些冰的重量让地球在两极的方向较为扁平。由于部分的冰融化，原本被重压的陆地反弹而上升，例如加拿大北部就正在上升中。因此，地球内部一些极为缓慢的变化的同时也会造成重力场发生变化。重力随时间的变化正是GRACE所要监测的目标。

通过GRACE精确的测量，人们将能够得知地下水层的深度，并且实际看到海平面的变化。

质疑准确性

尽管卫星数据显示地下水出现了危机，政策制定者对这些信号仍然相当谨慎，他们对费米格莱提最近的发现提出质疑。其理由是，GRACE卫星的数据也存在一定的局限。它测量的面积越小，重力数据就越少，如果小于7.5万平方英里(19.3万平方公里)的话，要计算出地下水供给的信息就很困难，而加利福尼亚州覆盖着几个不同的地下水流域的中心峡谷面积仅为2.2万平方英里(5.7万平方公里)。费米格莱提小组计算出了地下水的整体下降，显示出南部地区图莱里市周边的问题最严重，而由于当地帝河保护区只有1875平方英里(4856平方公里)左右，所获的数据太少，还很难详细描述问题。

NASA喷气推进实验室水文学家菲利克斯·兰德罗对此表示：“尽管可以通过观测井来了解某个地区的情况，但要把这所有的数据整合在一起却很困难。对于水资源管理者来说，GRACE卫星给了我们一个大的整体画面。”而加利福尼亚水机构联合会成员格雷格·兹洛特尼克说，管理者害怕这一数据在加利福尼亚形成供水短缺拔河战，并被对手所利用。

影响水政治

费米格莱提1992年首次听说GRACE重力卫星的时候，水政治学的概念也刚刚兴起。在冷战结束前，要获得用于综合性研究目的的数据是不可能的，因为指示地球重力场正常晃动的地图，可以用于瞄准远程导弹而被归入秘密档案。

如今在世界上的干旱地区，一些相邻国家共享地下水时并不友好，在很多敏感地带，如印度和巴基斯坦，突尼斯和利比亚或以色列、约旦、黎巴嫩，叙利亚和巴勒斯坦，他们往往猜疑对方过度使用了这些共有资源。

费米格莱提表示，虽然水政治因素可能难以避免，但他的想法却和水政治无关。卫星显示了地下水供给正越来越少，他们的任务是确保获得最优的地下水数据。一旦地下水干涸，出现水短缺时，他们能收集和发布地球上所有水资源的供给信息。

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