提華納河河口及近岸海域的哨兵 2 號(hào)真彩色影像。這張影像（于 2023 年 3 月 24 日采集）捕捉到了一股污水羽流。黃色星標(biāo)所示為實(shí)地部署的光譜輻射計(jì)位置。圖片來(lái)源：《總體環(huán)境科學(xué)》（2025）。DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.179598

美國(guó)國(guó)家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）研發(fā)的一款用于繪制地球礦物質(zhì)分布的儀器，如今正為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供新線索。近期一項(xiàng)研究表明，“地球表面礦物塵埃源調(diào)查”（EMIT）儀器能夠識(shí)別南加州海灘水域中的污水跡象。

這項(xiàng)發(fā)表在《總體環(huán)境科學(xué)》期刊上的研究，對(duì)圣地亞哥附近帝國(guó)海灘以南的提華納河口處的大規(guī)模污水羽流進(jìn)行了分析。

每年，數(shù)百萬(wàn)加侖經(jīng)處理和未經(jīng)處理的污水進(jìn)入該河流，這些污染物流經(jīng)社區(qū)和美墨邊境的一處國(guó)家保護(hù)區(qū)，最終排入太平洋。已知受污染的沿海水域會(huì)影響人類健康（從海灘游客到美國(guó)海軍受訓(xùn)人員），并對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、漁業(yè)和野生動(dòng)植物造成危害。

數(shù)十年來(lái)，科學(xué)家一直利用分析海洋顏色的衛(wèi)星儀器追蹤有害藻華等水質(zhì)問(wèn)題。從鮮艷的紅色到明亮的綠色等色調(diào)變化，可揭示藻類和變化，可揭示藻類和浮游植物的存在。但其他污染物和有害細(xì)菌更難監(jiān)測(cè)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)衛(wèi)星傳感器難以分辨它們。

而這正是 EMIT 的用武之地。NASA 的高光譜儀器搭載在國(guó)際空間站上環(huán)繞地球運(yùn)行，觀測(cè)從地球表面反射的陽(yáng)光。其先進(jìn)的光學(xué)組件將可見(jiàn)光和紅外波段分解成數(shù)百個(gè)色帶。通過(guò)以更高空間分辨率逐像素分析每幅衛(wèi)星場(chǎng)景，科學(xué)家可根據(jù)分子獨(dú)特的光譜 “指紋” 判斷其成分。

科學(xué)家將 EMIT 對(duì)提華納河羽流的觀測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)地采集的水樣檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。EMIT 和地面儀器均檢測(cè)到了指向藻藍(lán)蛋白的光譜指紋 —— 藻藍(lán)蛋白是藍(lán)藻中的一種色素，人類和動(dòng)物攝入或吸入藍(lán)藻后可能致病。

“許多海灘游客已熟悉在線水質(zhì)儀表盤，這些數(shù)據(jù)通常依賴實(shí)地采集的樣本，” 南加州 JPL 科學(xué)家、該研究合著者克里斯汀・李表示，她指出 EMIT 有望補(bǔ)充這些監(jiān)測(cè)工作。

“從軌道上你能俯瞰到污水羽流延伸至未采樣的區(qū)域，” 李說(shuō)，“這就像醫(yī)生辦公室的診斷工具，告訴你‘嘿，我們得仔細(xì)看看這里’�！�

該研究第一作者、康涅狄格大學(xué)博士生伊娃・斯克里夫納稱，這些發(fā)現(xiàn) “為提華納河羽流中的污水提供了某種確鑿證據(jù)”。斯克里夫納在圣地亞哥州立大學(xué)期間主導(dǎo)了這項(xiàng)研究，她補(bǔ)充道，EMIT 可用于填補(bǔ)污染嚴(yán)重區(qū)域的數(shù)據(jù)空白，這些區(qū)域的傳統(tǒng)水樣采集既耗時(shí)又費(fèi)錢。

EMIT 背后的技術(shù)被稱為成像光譜學(xué)，由 JPL 于 20 世紀(jì) 80 年代率先研發(fā)。數(shù)十年來(lái)，JPL 開(kāi)發(fā)的成像光譜儀已應(yīng)用于從農(nóng)業(yè)到森林健康監(jiān)測(cè)、火災(zāi)撲救等多個(gè)領(lǐng)域。

EMIT 于 2022 年 7 月發(fā)射時(shí)，其唯一目標(biāo)是繪制地球沙漠地區(qū)的礦物質(zhì)和塵埃分布。而正是這種高靈敏度使其能夠發(fā)現(xiàn)加州海岸的藻藍(lán)蛋白色素。

斯克里夫納此前并未料到，這個(gè)最初用于陸地探測(cè)的儀器能揭示水質(zhì)相關(guān)洞見(jiàn)�！癊MIT 在海岸區(qū)域的發(fā)現(xiàn)與實(shí)地測(cè)量結(jié)果一致，這讓水文學(xué)家們深受鼓舞，” 她說(shuō)，“這真的很令人興奮�！�

更多信息：伊娃・斯克里夫納等，《利用實(shí)驗(yàn)室、實(shí)地和 EMIT 衛(wèi)星光譜學(xué)對(duì)提華納河河口污水進(jìn)行高光譜表征》，《總體環(huán)境科學(xué)》（2025）。DOI: 10.1016/j.scitotenv.2025.179598

期刊信息：《總體環(huán)境科學(xué)》

來(lái)源：美國(guó)國(guó)家航空航天局