田野機器人和配上基于平面的遙感傳感器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 Field Flux 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 Lars Bakken 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。”目前，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。”
（圖為 Field Flux 機器人樣機，圖片來源：NORA）
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 Marie Sk?odowska -Curie Actions項目的合作者 Asa Frostegard 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>
（圖片來源：ADIGO）
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 Marie Sk?odowska-Curie Actions 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 Maria Barrera 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)。”
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。”
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。
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