【推荐1】回望上一次的全球变暖

苏学良

①地球变暖会怎样？人们提出了许多猜测，比如冰川融化，海平面上升。这些猜测正确么？看一看离我们时间最近的暖期一上新世（距今530万年〜250万年）就知道了。通过古代地质遗迹以及古生物化石的证据，科学家发现，上新世时期地球的温度比现在高，南北两极的面貌以及海平面的变化符合人们对全球变暖现象的预期。

②首先，温暖的地球唤醒了北极的原始森林，将那里打造成生命的乐土。比如，在加拿大靠近北极的埃尔斯米尔岛，科学家发现了大量上新世时期的古代植物化石以及黑色木炭层，经过分析，这些树木属于温带的铁杉树种，表明当时温度比今天高出了18°C，而黑色木炭层则是森林大火留下的遗迹。又比如，在西伯利亚的苔原带，科学家也有类似的发现，上新世时期的地质沉积层中不仅有泰加森林，甚至出现了花粉，那种花一般只存在于平均温度为0°C的地区，表明当时温度比今天平均高出了10°C左右。

③根据其他动植物化石以及生物亲缘关系，科学家推测，上新世时北极是一片森林世界，生存着大量的三趾马、巨型骆驼以及其他动物。在夏季高温时，闪电能频繁造成野火，导致火灾发生。这与目前北极气候变化的趋势是吻合的。2012年，俄罗斯的西伯利亚就有大约28万平方千米的森林被大灾烧毁，2015年，美国阿拉斯加州有20230平方千米森林发生火灾，2016年夏天，在格陵兰岛西部的冻土中也爆发了一场野火。所以科学家警告我们，全球正在变暖，人们需要为未来的火灾做好准备。

④其次，温暖的地球确实带来了冰川的融化以及海平面的上升。科学家在南极考察时，就曾发现这里的山脉存在上新世时期海洋微生物以及海洋动物的化石，这表明当时波涛汹涌的海面已经覆盖了今天南极大陆的一部分，当时南极洲的面积肯定要小于今天。

⑤另外，科学家曾经预测，如果全球的冰川全部融化，海平面就会升高60米。上新世的地质证据表明，这种预测也是有道理的。比如，科学家对美国北部沿海平原上的一条从北卡罗来纳州延伸到佛罗里达州的山脉进行过勘测，该山脉形成于300万年到500万年前的上新世中前期，科学家发现它曾经受到过海浪的侵蚀，表明那里曾经是沿海岸边，海拔测试表明，当时海平面比今天至少高出了35米。由此可见，全球变暖对于沿海城市来说真的是一场灾难。

天上的“眼睛”怎样看清地面物体的“指纹”

①9月7日11时01分，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙遥四十运载火箭成功发射高光谱观测卫星。该卫星的使命是对我国大气、水体、陆地环境进行高光谱观测。

②作为遥感技术的前沿领域，高光谱遥感对于很多人来说仍然是个比较“遥远”的专业名词。其实，高光谱的含义并不神秘。

③原来，高光谱遥感就像一只“眼睛”，只是它探测的光谱范围比人眼宽得多，也精细得多。而地面上的每种物体都有自己独特的光谱特征，就像“指纹”一样，专家通过高光谱遥感卫星获得的光谱信息就能识别出地物成分。

④在高光谱观测卫星上，一共装载着七台遥感仪器，包含两台陆表成像仪与五台大气成分探测仪，探测谱段覆盖了从紫外到长波红外谱段，采用高光谱及高精度偏振等多种手段，获取大气和地表的空间几何、辐射、光谱和偏振等多种信息。

⑤之所以说高光谱观测卫星就像“眼睛”，是因为卫星和人眼一样，都是通过获取光谱来采集信息的。但是，人眼的观测范围十分有限，仅限于对可见光频率范围内的观测，而高光谱观测卫星的“可见”范围要广得多。遥感仪器除了探测可见光到短波红外，还可以探测紫外、中红外和热红外等波段。如果把高光谱设备比作一台相机，它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片。

⑥卫星收集到大气和地表的光谱信息，包含了各种目标地物的光谱特征，这些地物都有自己独特的光谱特征，就像人的指纹一样，而科学家就可以利用这些光谱信息识别出地物成分。

⑦我们可以将地物的光谱特征比作指纹，但现实当中的指纹识别是存在模糊、混淆等问题的，高光谱观测卫星会不会遇到这个问题呢？江苏省农业科学院信息中心遥感大数据方向负责人毛星表示，在高光谱观测的实际应用中很容易存在异物同谱和同物异谱的现象，例如树和草地的光谱曲线有时看起来就是差不多的，同一棵树从两个位置观测得出的光谱曲线也可能存在差异。实际应用当中，为避免以上这两种情况，科学家不仅会利用物体的光谱信息，还要结合物体的空间位置信息来进行区分。

⑧除了异物同谱和同物异谱等问题，李云端介绍说，当高光谱仪器的一个像元中观测到多种物质时，会出现光谱混叠的现象。科学家依靠成熟的算法解开混叠，该算法可以根据不同成分对光谱的影响程度，计算出不同成分的含量。此外，科学家们还在研发新一代高光谱成像仪，以进一步提高成像仪的空间分辨率，使获取的光谱“更纯”，一定程度上减少光谱混叠。

⑨高光谱遥感在农业应用中十分广泛，可以用于农作物估产、长势监测、病虫害识别、农作物精细分类、杂草识别等工作。除农业领域以外，卫星也将为国内各行业用户提供高精度、高光谱遥感数据，包括我国环境的综合监测和监管，以及自然资源勘查、防灾减灾、林业资源清查、气候变化研究等领域。

⑩此外，高光谱观测卫星有个值得一提的功能——它是我国目前唯一可用于大气污染气体探测的有效载荷，可单日覆盖全球污染气体监测，服务于我国“大气污染防治”及“臭氧和PM2.5协同探测”等国家战略。大气主要温室气体监测仪（GMI）可实现1-4ppm的二氧化碳探测和30ppb的甲烷探测，让碳排放无所遁形，为我国“碳达峰与碳中和”战略提供重要支撑。

能预告天气的植物

①人们在长久的生活中，寻觅到一点动物和天气之间的规律。比如：蜻蜓低飞，不雨也阴、蚂蚁搬家、鱼跃水面等等，都反应出动物对天气的预见性。实际上，不仅仅是动物，一些植物也掌握着预告天气的小技能。

②含羞草是生活中比较常见的植物，它除了会对触碰作出反应以外，也是预告天气的一把好手。在闭合与张开的过程中，就已经向人预报了天气：如果它闭合快，张开还原慢，预示着天气将晴朗；反过来，如果闭合慢，张开还原快，则说明天气将转阴雨。

③红花葱兰又名风雨花，这个名字完全可以证明它在预报天气上的地位。在暴风雨将要来临前的两三天，风雨花会迫不及待地开出千万朵小花。所以，当人们看到风雨花开放的情景，就会知道不久后将有大雨。更神奇的是即将狂风骤雨大作，风雨花依旧开的热闹非凡。这种神奇植物的老家在墨西哥、古巴等地，在我国云南省的西双版纳也有种植。

④在预报天气方面，马鞭草也有自己的独特方式。它生长在湖北、江苏、广西等地的田野、山坡，属于很常见的植物。因为马鞭草对湿度反应灵敏，所以如果它露出土外的根发霉并带白色时，则预示着有雨。

⑤三色堇是欧洲常见的野花物种，它的叶片非常有意思，竟能像温度计一样测量出温度的高低，因此被人们称作“气温草”。它的叶子对气温反应极为敏感，当气温在20°C以上时，叶片向斜上方伸出；若气温降到15°C时，叶片慢慢向下运动，直到与地面平行为止；而当气温降至10°C时，叶片就向斜下方伸出；如果气温回升，叶片又恢复原状。人们根据它的叶片伸展方向，便可知道气温的高低。

⑥柳树的叶子也能体现它预报天气。假如发现柳叶变成白色，那么阴雨天气很可能会来临。不过这种景象不是因为柳树“一夜白头”，而是柳叶在阴雨天前会全部反转过来，而柳叶伸展反面是浅绿色的，表面还带一层“白霜”。

⑦有的植物通过开花或颜色变化来预示天气，南瓜藤则是通过姿态的变化。通常情况下，南瓜藤的顶端都是向下缓缓趋前生长。但是，倘若在夏季的早晨，发现南瓜藤的顶端普遍朝上，则预示着天气将由晴转雨。反之，若在阴雨天气里发现南瓜藤的顶端普遍朝下，则预示着天气将要转晴。

⑧虽然这些植物能够当“气象员”，但是大家也不能过分夸大它们的能力。在现代气象科学中，天气变化是直接由大气环流的变化带来的，而大气环流的变化不仅与当地的环境有关系，还与一定范围内的环流条件有相当大的关系，植物的反应往往是局部的天气和环境条件引发的。对植物预告天气问题，科学家正在做进一步的研究。所以大家关注天气变化时，不能仅仅依靠当地植物的变化来预测天气。专业的天气预报，还要靠卫星、雷达以及大范围的气象资料来分析和判断，从而作出预测。

（选自《科普中国》）