FieldFlux机器人监测环境污染测量探头

田野机器人和配上基于平面的遥感传感器可以通过观测地球和大气层来监测影响气候变化的气体。这款拥有三个大轮子，不会陷入泥土里的Field Flux机器人可以将用放置在它的大臂上的采样器，监测土壤中少量的一氧化二氮(NO)含量，完成监测环境污染的工作。深入土壤的监测尽管人们更熟悉二氧化碳在气候变化中的影响，但其实NO使全球变暖的潜力比二氧化碳高300倍。换句话说，一分子NO的破坏能力与300分子的CO相当。来自挪威大学生命科学院的微生物生态学家Lars Bakken教授说：“对NO排放的量化有一个巨大困难在于，其数值会因为时间和地点的不同而产生巨大变化。”目前，Bakken教授正在与挪威一家名叫Adigo的公司合作，为NORA项目尝试找到一个监测土壤中NO排放量的方法，并降低其排放。教授表示：“这也是我们为什么要做田野机器人的原因。如果你想要在一片试验田中量化NO的排放量，你必须在一块地上反复不断地测量。”(图为Field Flux机器人样机，图片来源：NORA)使用田野机器人可以大大提升工作效率，一个本来需要27个小时手工检测的土地只需要1小时就能完成测试。这种方法在控制NO方面非常重要，因为它使得农民可以在必要时进行翻土工作。在土壤没有较好地暴露在空气中时(比如下大雨或者土壤非常紧实时)，一些土壤中的微生物(多数是细菌)就会使用氮氧化物而不是氧化物来进行呼吸，从而产生NO。但是还有少量细菌可以进行NO的呼吸作用来吸收掉，因为它们有一种特殊的酶——NO还原酶。NORA项目的研究员们发现，这种酶会因土壤的酸性过大或土壤中铜离子的不足而消失。挪威大学生命学院的另一位教授，同时也是Marie Skodowska-Curie Actions项目的合作者Asa Frostegard说道：“我们探究了这些微生物的生物活动，研究它们产生NO的生化过程。结果表明，不同微生物之间的作用方式有着很大差别。”(图片来源：ADIGO)这些研究结果或许可以帮助农民通过改变土壤酸性或土壤铜离子的含量来减少NO污染。这就意味着，我们可以在耕作中使用富含铁镁的岩石或矿物质来中和土壤酸性，而不是使用传统的会导致NO污染的撒石灰方法。冲上云霄的观测监测进入大气层的颗粒(名为气溶胶)的工作也一样艰巨。欧盟Marie Skodowska-Curie Actions创建、德国科隆大学领导的ITaRS项目，正在使用飞行器搭载的远程传感器结合地面测量技术来监测云层何时可能形成降水。ITaRS项目中负责激光雷达和微波辐射计方面的专家Maria Barrera说：“大气层模型中一个主要的不确定性在于大气层中云层和气溶胶质的相互作用方式。我们甚至不知道云层形成的细节。”云的形成需要颗粒，比如灰尘或水汽作为凝结核。地面和空中监测技术精确度的提升为研究者提供了更新的数据，使得他们更好地理解大气环境。比如，风暴的形成需要怎样的条件？是如何形成的？Barrera说到：“我的测量方法可以应用在天气预报的数据同化过程中。你得到大气状态的反馈，通过模型计算，就可以得到预测结果。”有了ITaRS项目发明的这项技术，研究者们就可以回答一些关于大气层事件的科学问题了。比如说，在什么湿度、压力、凝结核的条件下，云层可以形成降雨？在被动微波传感器和雷达技术的帮助下，对这个问题的回答变得更加科学了。ITaRS项目提供的数据不仅能够扩增强我们对大气层行为的理解，还可以帮助我们减少气候预测模型中的不确定性，这使得我们能够更好的理解气候变化的过程。

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