性能
GRACE,包含兩個完全相同的衛星,這兩顆衛星將在軌道上相距220公里,並且在距離地面500公里的軌道上運行。衛星上配置的精密科學儀器,能夠精確測量兩顆衛星之間的距離,進而偵測出重力場的變化。
GRACE衛星的大小與小汽車相仿,兩顆衛星相隔約135英里(216公里),以近極圓軌道運行。它們通過向對方發射微波來校準彼此之間的精確距離,測量誤差不超過人的一根頭髮。
功能
按照最初的構想,GRACE實驗會是大地測量學專家的最愛,可被用來研究地球大小、形狀和旋轉軸變化等。但它們涉及的領域日益廣闊,氣候科學家可以通過它們的數據研究冰層融化,水文學家也意識到能其研究地下含水層。
GRACE衛星能看到冰川、雪地、水庫、地表水、土壤水和地下水的所有變化。它開創了高精度全球重力場觀測與氣候變化試驗的新紀元,也是監測全球環境變化(陸地冰川消融、海平面與環流變化、陸地水量變化、強地震)的有力手段。
計算原理
研究人員表示,重力有兩項迷人的特質。首先就是它的恆常性。地球是一顆十分均勻的球體,重力幾乎在各處都相同。在地球上不同地點,你所量到的體重都差不多。不過,如果你仔細觀察,你會發現其中某些變化。GRACE就是打算對重力場的變化進行非常高精度的測量,這樣的測量對於海洋學家來說十分重要。他們想要知道所見的海洋地形,其中有多少是由重力而非洋流塑造而成。
另一個讓科學家感興趣的特質就是,重力不是永久不變的,而是會隨著時間而改變。例如,地球極區的冰在過去比較多,這些凍的重量讓地球在兩極的方向較為扁平。現在由於部分的冰融化,原本被重壓的陸地反彈而上升,例如加拿大北部就正在上升中。這使得地球變得更接近完美的球體,這點可由重力場的變化而得到印證。因此,地球內部一些極為緩慢的變化的同時也會造成重力場發生變化。重力隨時間的變化正是GRACE所要監測的目標。
通過GRACE精確的測量,人們將能夠得知地下水層的深度,並且實際看到海平面的變化。
質疑準確性
儘管衛星數據顯示地下水出現了危機,政策制定者對這些信號仍然相當謹慎,他們對費米格萊提最近的發現提出質疑。其理由是,GRACE衛星的數據也存在一定的局限。它測量的面積越小,重力數據就越少,如果小於7.5萬平方英里(19.3萬平方公里)的話,要計算出地下水供給的信息就很困難,而加利福尼亞州覆蓋著幾個不同的地下水流域的中心峽谷面積僅為2.2萬平方英里(5.7萬平方公里)。費米格萊提小組計算出了地下水的整體下降,顯示出南部地區圖萊里市周邊的問題最嚴重,而由於當地帝河保護區只有1875平方英里(4856平方公里)左右,所獲的數據太少,還很難詳細描述問題。
NASA噴氣推進實驗室水文學家菲利克斯·蘭德羅對此表示:“儘管可以通過觀測井來了解某個地區的情況,但要把這所有的數據整合在一起卻很困難。對於水資源管理者來說,GRACE衛星給了我們一個大的整體畫面。”而加利福尼亞水機構聯合會成員格雷格·茲洛特尼克說,管理者害怕這一數據在加利福尼亞形成供水短缺拔河戰,並被對手所利用。
影響水政治
費米格萊提1992年首次聽說GRACE重力衛星的時候,水政治學的概念也剛剛興起。在冷戰結束前,要獲得用於綜合性研究目的的數據是不可能的,因為指示地球重力場正常晃動的地圖,可以用於瞄準遠程飛彈而被歸入秘密檔案。
如今在世界上的乾旱地區,一些相鄰國家共享地下水時並不友好,在很多敏感地帶,如印度和巴基斯坦,突尼西亞和利比亞或以色列、約旦、黎巴嫩,敘利亞和巴勒斯坦,他們往往猜疑對方過度使用了這些共有資源。
費米格萊提表示,雖然水政治因素可能難以避免,但他的想法卻和水政治無關。衛星顯示了地下水供給正越來越少,他們的任務是確保獲得最優的地下水數據。一旦地下水乾涸,出現水短缺時,他們能收集和發布地球上所有水資源的供給信息。