科学家通过压缩15年的卫星图像学到了很多东西

科学家Adam Wilson与Walter Jetz正在研究云层覆盖情况
科学家Adam Wilson与Walter Jetz正在研究云层覆盖情况Image: Adam Wilson and Walter Jetz via arthenv.org/cloud
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在拍摄地球图像时,卫星通常面临一个大障碍:云层。平均而言,大约 67% 的地球表面被云层覆盖,使得追踪下方地面上的活动变得困难甚至不可能。许多卫星公司费尽心力地将不同时间拍摄的图像进行拼接匹配,以制作一张 耗时费力但无云遮挡的 地球图像。

但如今,两位科学家正试图更精确地描绘地球面貌,他们的思路不是绕开云层,而是将云层本身作为观察对象。在 PLOS Biology上发表的一项研究中,布法罗大学的Adam Wilson与耶鲁大学的Walter Jetz证明,云层可用于预测其下方将孕育何种气候与生态系统,且准确度令人惊叹。

北美与中美洲上空的云层覆盖情况 图片来源:Adam Wilson 和 Walter Jetz

Wilson与Jetz作为一个旨在开发生物多样性监测模型的合作项目的一部分,将全球云层15年的卫星图像压缩成了一系列 精美的地图。研究人员随后可从这些地图中寻找线索,以了解哺乳动物、鸟类及其他物种可能栖息的区域。

在下图中,颜色表示某一区域云量最多的月份。赤道周围的蓝色区域,云量最多的时段为8月的雨季。对于美国西部、北非和澳大利亚(以绿色和黄色为主)的区域,2月、3月和4月是云量最多的时段。

A. 全球云量季节性及集中度分布的色标示意图。色相表示云量峰值所在月份,饱和度与明度表示集中程度,取值范围从0(黑色,所有月份云量均等)到100(所有云量都集中在单一月份)。B. 全球季节性云量集中度分布。海岸线以白色显示,无数据区域为深灰色。
A. 全球云量季节性及集中度分布的色标示意图。色相表示云量峰值所在月份,饱和度与明度表示集中程度,取值范围从0(黑色,所有月份云量均等)到100(所有云量都集中在单一月份)。B. 全球季节性云量集中度分布。海岸线以白色显示,无数据区域为深灰色。 Image: Adam Wilson and Walter Jetz

科学家通常通过追踪某种动物的已知目击记录,或利用气象观测站收集的当地温度与降雨数据,来预测某些物种可能出现的区域,从而绘制其预测分布范围图。但这是一种极不精确的做法。生物多样性丰富的亚马孙等广阔区域,大多仍未被测量。

但云层覆盖是一种非传统且未被充分重视的数据来源。云层决定了到达下方地面的日照与降水类型,进而决定了该区域能够繁衍的动植物物种。许多动物物种的行为乃至繁殖都会因云层而调整。通过利用这些数据,研究人员可以准确预测某些区域的小气候,从而了解生物物种的分布,并找到最佳保护方式。

该研究表明,科学家可利用此类数据精确界定不同环境类型之间的边界,例如Wilson与Jetz在下图中详细描绘的云雾森林。

(A) 南美洲与中美洲、(B) 非洲、(C) 东南亚与澳大利亚的热带山地云雾森林分布。
(A) 南美洲与中美洲、(B) 非洲、(C) 东南亚与澳大利亚的热带山地云雾森林分布。 Image: Adam Wilson and Walter Jetz

Wilson与Jetz将其云层追踪方法与一种较为经典的模型进行了对比测试,该经典模型利用温度与降雨量预测两种鸣禽的分布范围,其中一种位于南美洲,另一种位于南非。结果显示,他们的方法与这些鸟类的已知目击记录相关性更高,更为准确。

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