氣候環(huán)境的變化距離日常生活有多遠(yuǎn)?2000年以前，“霧霾”還只是環(huán)境氣象學(xué)教科書上的一個名詞而已。雖然沙塵暴總在春天問候北方的城市，但防護(hù)林已經(jīng)擋住了最可怕的部分。十幾年后的今天，環(huán)境已經(jīng)成為城市居民最關(guān)心的事情之一。監(jiān)測儀器得到的各項環(huán)境指標(biāo)數(shù)據(jù)，從氣象站流向了智能手機(jī)的應(yīng)用端口。面對需求變化，智能機(jī)器人開始取代傳統(tǒng)氣象儀器，以提供更及時的監(jiān)測服務(wù)。

　　相比人工取樣，田野機(jī)器人大大提高了工作效率

　　據(jù)“機(jī)器人中心”科技網(wǎng)站報道，隨著智能機(jī)器人的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測進(jìn)入熱門智能應(yīng)用的隊伍。雖然最初機(jī)器人的監(jiān)測范圍僅限于家庭房屋內(nèi)部，但如今卻可以上天遁地，無所不“測”。

　　為測量土壤中一氧化二氮含量的變化，挪威大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家們制作出一款名為“磁通”的田野機(jī)器人。它的外表純白，高度超過兩米，底盤上裝有三個輪子，在田野中行動時不會輕易陷入泥土。機(jī)器人上部為杠桿設(shè)計，橫在兩個支架上方的為機(jī)器大臂。大臂的頂部裝有移動天線和信號發(fā)射器等裝備，而大臂兩端則裝有兩個對稱的采樣器。

　　夜間活動時，采樣器能夠向下發(fā)出燈光，照亮采樣地表。機(jī)器人底盤中間的上方是進(jìn)行化學(xué)分析的主機(jī)。分析結(jié)果出來后，會直接通過通信裝置上傳到電腦云端，達(dá)到及時更新數(shù)據(jù)，并同步最新分析結(jié)果的目的。

　　與一氧化二氮相比，大眾媒體讓人們更熟悉二氧化碳對氣候變化的影響，然而一氧化二氮使全球變暖的效力，比二氧化碳高出約300倍。在土壤板結(jié)或大雨連綿的情況下，土壤無法很好地暴露在空氣中，此時其中的細(xì)菌等微生物就會使用氮氧化物取代氧化物進(jìn)行呼吸，從而產(chǎn)生一氧化二氮。

　　拉斯?巴肯是挪威大學(xué)的微生物生態(tài)學(xué)家，他表示，為了測量出一片試驗田中一氧化二氮的排放量，必須要在這塊地上進(jìn)行反復(fù)不斷的測量。相比人工取樣，田野機(jī)器人大大提高了這項測量工作的效率。一塊土地原本需要27個小時的人工測量，“磁通”機(jī)器人只需一小時就能全部完成。

　　儀器與飛行器的結(jié)合，有助于了解氣候變化和解決氣象問題

　　除了基于地面檢測的機(jī)器人之外，云端之上的機(jī)器人氣象監(jiān)測也已成真。歷史上在19世紀(jì)末期就已經(jīng)出現(xiàn)具有良好伸張率的氣象橡膠氣球。等到20世紀(jì)大氣科學(xué)爆發(fā)性發(fā)展時，氣象飛機(jī)和無線電探空儀都已是垂直探測大氣的成熟工具。

　　在此基礎(chǔ)之上，如今各國科學(xué)家們?yōu)楸O(jiān)測大氣氣溶膠顆粒物的狀況，使用最新的飛行器搭載遠(yuǎn)程傳感器，用來檢測云層何時會形成降水。這與使用能見度儀來測氣溶膠不同，后者外形如旗桿一樣，是只能被固定安裝在地面監(jiān)測站內(nèi)的氣象儀器。飛行器卻可以自由在云層中穿梭往返，直到獲得各個氣象層的全部數(shù)據(jù)為止。

　　在歐洲，“大氣遙感初步培訓(xùn)”簡稱ITaRS，就是一項旨在使用智能飛行器進(jìn)行氣象探測的項目。該項目由歐盟的“瑪麗-居里行動組”創(chuàng)建，為德國科隆大學(xué)所主導(dǎo)，曾得到歐盟第七框架計劃EP7的技術(shù)與資金支持。EP7的時間跨度為2007至2013年，是歐盟投資最多的全球性科技開發(fā)計劃，也是世界上最大的官方重大科技合作計劃，總預(yù)算超過505億歐元。

　　在ITaRS項目中，諸如輻射線測定和激光雷達(dá)的相關(guān)儀器，在監(jiān)測大氣成分和研究氣象動力學(xué)方面有著巨大的應(yīng)用潛力。這類儀器與飛行器的結(jié)合，有助于了解氣候變化和解決氣象問題。而這些問題都是數(shù)值天氣預(yù)報和大氣污染領(lǐng)域的重要課題，甚至從更深層次來說，與軍事氣象都有著密切聯(lián)系。

　　氣象研究正在逐步與機(jī)器人的智能系統(tǒng)相融合

　　地面的機(jī)器人的高效監(jiān)測為研究者提供最新數(shù)據(jù)，而空中檢測技術(shù)精確度的提升又拓展了研究空間。風(fēng)暴是如何形成的?需要怎樣的條件?不同維度和地域上空的云層，需要怎樣的濕度、壓力和凝結(jié)核才可以形成降雨?這些研究都在逐步與機(jī)器人的智能系統(tǒng)相融合。

　　瑪麗亞?巴雷拉是ITaRS項目組的專家之一，她認(rèn)為，現(xiàn)有大氣層模型中的一個主要不確定性在于，大氣層中云層和氣溶膠膠質(zhì)的相互作用方式。現(xiàn)有知識不足以回答云層形成的細(xì)節(jié)問題。而ITaRS項目發(fā)明的飛行器技術(shù)不僅能夠增強(qiáng)科學(xué)家對大氣層運(yùn)動的理解，還能幫助減少氣象預(yù)測模型中的不確定性，從而更好地理解氣候變化。研究者在得到大氣狀態(tài)的實時反饋后，通過模型計算就可以得到更精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果。

　　當(dāng)然，專業(yè)化發(fā)展并不是環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人發(fā)展的唯一方向，可隨身攜帶的天氣監(jiān)測設(shè)備也受到不少消費者的歡迎。比如美國“濕度實驗室”研究團(tuán)隊推出的一款名為“天氣點”的手機(jī)配件，外形看上去像一把造型奇特的鑰匙，但卻能幫助用戶通過手機(jī)應(yīng)用App及時了解所在地的環(huán)境狀況。

　　可以說，依托機(jī)器人硬件，智能系統(tǒng)的發(fā)展拉近了氣象環(huán)境與科學(xué)研究之間的距離，也拉近了環(huán)境問題與日常生活的距離。在人們通過各種端口獲得氣象環(huán)境數(shù)據(jù)，了解環(huán)境變化的同時，環(huán)境保護(hù)的重要性也將更加深入人心。