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这
天是NASA的最新任务（代号Olympex）的发射日，天气潮湿，预报会有狂风暴雨。技术人员维护着载荷的安全，科学家们保护着仪器，研究人员马特•温格（Matt Wingo）则密切留意着天气预报。他喃喃地说：“完美。”
连倒计时都没有，NASA任务的发射就开始了。我们不需要退后、戴上耳塞或闭上眼睛。Olympex的最大速度不会超过每小时5公里。唯一真正的风险是方位错误。这是因为此次最先进的天气和气候实验是由骡子“启动”的。
对于以火箭、探测器和太阳能动力离子推进器等著称的机构而言，驮畜看起来大概是一种很奇怪的选择。但是研究小组所去的地方位于华盛顿州奥林匹克国家公园深山中的一个偏远地点，那里没有路，没有停机坪，也见不到多少阳光。奥林匹克国家公园的热带雨林是美国大陆最潮湿的地方。这也正是NASA小组来这里的原因：在最潮湿的条件下核实结果，提高最新降雨跟踪卫星的精确度。
一直以来，NASA不止对火星、冥王星和绕遥远恒星运转的行星感兴趣，对地球也同样有兴趣。该机构目前通过17颗卫星和国际空间站观测地球，研究极地冰盖、洋流和植物根系水分等现象。其中的许多卫星都搜集天气和气候信息，但只有全球降水量测量（GPM）卫星集中关注降雪和降雨。Olympex旨在帮助研究人员来确定卫星数据与地面实际情况的相符程度。
降水和蒸发的无限循环是这个世界最重要的气象过程。我们喝的每一滴水、种植的每一种作物、制造的几乎所有产品都依赖于降雨和降雪。变幻莫测的降水可能决定社会的兴亡，在人类控制并消耗着世界上一半以上可用淡水（来自河流和湖泊）的今天，这是更加无可辩驳的事实。
华盛顿大学西雅图分校的气象学家林恩•麦克莫迪（Lynn McMurdie）说，降水是如此关键，可是我们对这一自然现象却知之甚少，只懂得躲避路上的水坑。麦克莫迪为Olympex，也就是奥山实验（Olympic Mountains Experiment）项目设计了一些实验。
麦克莫迪戴着亮蓝色防雨帽，她说：“比如说，雨水从水域转移到陆地的过程。我们其实不知道为什么源自海洋的某次暴风雨会导致山区的降水量是海岸地区的5倍，而另一次暴风雨则可能不会。”GPM任务将有助于确切揭示其中的奥秘。当然，麦克莫迪希望Olympex能够遇到大量的雨雪天气。此外，她说：“近岸和奥林匹克山上的暴风雨天气在全球范围内很具有代表性。这里的研究成果将适用于更广泛的地区，例如南美和北美洲的部分地区、欧洲、非洲南部地区、澳大利亚部分地区，以及所有的海洋。”
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精
确测量地球的降水量是一项棘手的工作。雨量计等陆基仪器是有用的，但它们收集的都是本地数据，规模较小，且无法覆盖占地球表面70%的水域。要捕捉完整的画面，卫星是最显而易见的解决方案。大气科学家所知道的有关降雨的很多情况，都是通过NASA和日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）于1997年发射的热带测雨任务卫星（TRMM卫星）了解的。
TRMM卫星上搭载的首部空基降水雷达能够传送三维风暴视图。卫星能在可见光、微波和红外波段观测降水情况，其中红外波段观测可评估热带降雨所释放的热量。这种热量是蒸发和降水的主要副产品：来自太阳的能量将洋面的水转换成水蒸气；在水蒸气凝结成云和雨的过程中，水蒸气中储存的能量又被排入大气。NASA称，在造成大气环流的能量中，有约3/4来自热带降雨过程中释放的热量。通过细致测量地球及大气层所释放的微量微波能量，TRMM可将地球上的降水强度进行量化。
TRMM的设计使用年限仅为3年，但它已持续发回数据17年了。海量的信息改进了气候模型，帮助气象预报人员了解和预测热带气旋、洪水和滑坡。但TRMM的覆盖范围仅扩展到以赤道为中心的南北纬35度之间，无法掌握温带气候的降水情况，对降雪情况更是一无所知。南加州等许多地区都是依靠山区冬季的降雪来维持农场和城市在夏季的用水量的。科学家和政府官员迫切想知道某一季度的降雪量，想了解本世纪气候变暖、气温升高一两摄氏度会使降雪量产生哪些变化。
于是NASA与JAXA合作的另一个卫星系统GPM诞生了。GPM核心卫星于2014年2月发射，覆盖北极圈和南极圈之间的地球区域，几乎涵盖了地球上每一个大型社区。
GPM卫星搭载了两个关键仪器。GPM微波成像仪是一台辐射计，继承了TRMM在监测风暴释放的能量方面的工作，同时增加了4个对降雪特别敏感的毫米波频道。同时，双频测雨雷达系统像TRMM一样在Ku频段（14吉赫）进行扫描，测量强降水的三维分布。但这种仪器还有一个Ka频段（35吉赫）扫描仪，以便更好地捕捉降雪情况。综合以上这些数据，Ku频段和Ka频段的雷达会产生有关雨滴大小和降雨开始高度的更精确的测量结果。
在太空部署一个全新的平台，绝不只是将其发射进入轨道那么简单。科学家们认为他们了解GPM频段信号所代表的意义，但总有一些时候，自然界并没有按照他们所期望的方式发展。例如，如果他们将大雨误判为小雨、把降雨错误地判断为降雪，或将冰雹错误地判断为雨夹雪，那么他们的天气预报和气候模型就会产生错误的结果。
这样的错误甚至可能蔓延到世界各地。GPM核心卫星的目的是为空间的降水测量建立参考标准。这也是测量微波辐射的国际卫星星座（其中包括法国、日本、印度、美国国防部和欧洲航天局发射的宇宙飞船）的核心任务。NASA还希望吸引巴西、中国和俄罗斯参与到这项全球降水测量计划中来。
要测试GPM交付的结果是否的确符合预期，只有一个方法，就是将科学家们从太空看到的图像与地面上所观测的降雨和降雪情况进行比较。最佳的观测地点是常规的年降水量在4米及以上的地区：奥林匹克半岛的热带雨林。
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骡子上场了。放牧人吉尔•米查拉克（Jill Michalak）戴着棒球帽，穿着红色的雨衣，看上去不太像是个女牛仔。她熟练地把12头骡子拉进火车。骡子驮着精密的气象设备，毅力惊人。雨点不断从它们身上滑落，就像从我们的戈尔特斯夹克上流下一样。米查拉克告诉我们，只有食物的香气（或者是熊）才会令其停下脚步。10月初的这一天，骡子在泥泞、崎岖的小路上默默地艰难行进着，它们很快把我们抛在了身后。
在秋季剩下的时间里和整个冬季，Olympex实验将使GPM与地面以及空中整套分布广泛的仪器同步。这场耗资410万美元的“地面”运动实际上将触角伸向了太空——洛克希德ER-2飞机将在1.8万米高空对即将来临的风暴进行雷达和无源微波测量。ER-2是U-2间谍飞机的民用研究改造机型，它的飞行员甚至会穿上宇航服。
一架DC-8客机将在位于ER-2下方但仍远高于风暴的位置，记录雷达和微波读数，并部署一次性下投式探空仪，这种装置长30厘米，在随降落伞飘到地面的过程中会测量湿度、温度和风速。
与此同时，北达科他大学用于大气研究的赛斯纳CitationII飞机将在3000～8000米高空盘旋飞行，在风暴内部收集数据，在冰晶形成时采集样本。科学家们还放飞气象气球穿过风暴。
同时，在陆地上，安装在挂车上的4个雷达站和4个微降水雷达将对即将来临的风暴进行全方位扫描。这些雷达站不仅在GPM卫星频段进行测量，还在其他频段进行测量。NASA的S频段偏振雷达（NPOL）和双频双偏振多普勒天气雷达（D3R）将收集奥林匹克半岛的海岸线到奎诺尔特河流域的详细观测结果。此外，还将在奥林匹克国家公园西南角的奎诺尔特湖岸部署机动多普勒雷达系统。最后，这些仪器还将在半岛周围的上几十个站点，从海平面到雪线以上，进行局部测量。
在有些站点，将只是用水桶收集雨水，并用摄像头测量雪深。在其他一些站点进行的工作就复杂多了。其中4个站点会有二维视频雨滴谱仪测量雨滴。该谱仪装有一对正交摄像机，偏移不超过6毫米，各有一个卤素背光灯。镜头前落下的每滴雨都会成像。弗吉尼亚的NASA沃罗普飞行研究所的气象仪器专家温格说：“大概正如你所料，较小的雨滴是球形的。但直径为6或8毫米的较大雨滴看起来就像汉堡上面的小面包一样。”
视频雨滴谱仪有强大的卤素灯、视频摄像机和4台机载计算机，因此需要电网电力支持。但是，骡子要前往的偏远站点与电网很远，位于奎诺尔特河上游的深山中，长21公里的沼泽地的尽头。在那里，陡峭的山峰将温暖湿润的太平洋气流阻隔在外，冬雨会变成大雪。安装在那里的仪器必须依靠能够通过太阳能电池板充电的电池，并且每次充电都要维持自给数周甚至数月的时间。
这个站点的关键设备是靠电池供电的Parsivel雨滴谱仪。雨滴谱仪没有采用耗电摄像机，而是利用高效的固态红外激光器来测量每个穿过雨滴谱仪的雨滴的大小、反射率和速度。虽然不是每个雨滴都会成像，但它收集的数据足以让科学家们确定所测量的是雨、雨夹雪还是雪，并判断出降水率和水滴大小分布。这个偏远的小观测站还有一个Pluvio雨量计，这是一种高分辨率的电子称重系统，计算每隔1分钟飘落的雨量或雪量。
如果一切顺利，仪器整个冬天都会被留在山上，只有研究生乔•扎戈罗德尼克（Joe Zagrodnik）以及公园管理员C•J•乌尔内斯（C. J. Urnes）和比尔•巴克斯（Bill Baccus）会偶尔来查看一下。他们的工作是将数据下载到U盘，清空Pluvio雨水收集器，并处理意外情况。麦克莫迪告诉我：“去年我们试运行了装有蜂窝无线数据链路的仪器。但这些仪器都停止了工作。电池没电了，里面进了湿气，我们无法收到信号，通信也中断了。”
2016年，偏远的地面站安装了铱星调制解调器，若有装置停止运转，调制解调器就会给控制室打电话。温格有点担心，他必须预料最坏的情况。他说：“可能来了一头麋鹿，蹭到一台仪器；或者一只熊在盒子周围嗅来嗅去；或是一只林鼠咬坏了电线；电线有备用的……但我没带任何备用仪器。”
温格坦率地说，他更愿意用直升机运送仪器。但Olympex小组选择的地点在奥林匹克山脉的迎风坡上，正好在指定的自然保护区中央。在这里，只有当没有其他选择时才允许使用机动车。所以就选择了骡子。
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究人员们不愿公布确切的实验地点，以防冬季闯入者对仪器造成干扰。所以麦克莫迪和我在山路上几公里处离开了骡队其他人。
我后来得知，他们确实遇到一只在浆果树丛进食的大黑熊。扎克罗德尼克后来告诉我：“显然熊根本没心思理其他事情。它看看我们，然后继续吃浆果。”但是骡子受到了惊吓，经过安抚才继续前进。那天晚上在营地，那只熊再次出现。扎克罗德尼克说，领头骡子亨利“挣脱绳子，转圈瞎跑”，并撞到很多东西。“我们已经把仪器卸了下来，所以看着空箱子在地上翻滚，只让我们感到很滑稽。”接下来的行程，包括安装和接通设备，都平安无事。
那次冒雨出行的几个月后，我在学校遇到了麦克莫迪。她的小组在Olympex控制室（实际就是一间被挪用的办公室）外工作。在那里，数十名科学家以实地或在线的方式检查仪器及飞机的每日更新，并进行最重要的工作——随后几天的预测。
麦克莫迪兴奋地告诉我，天气再好不过了，也就是说天气更糟了，公园遭遇了几次大规模的暴风雨。在一次为期10天的测量中，公园高海拔的观测站记录了104厘米的降雨，超过西雅图全年的降雨量。因为洪水，奎诺尔特一些地方的山路都变成了溪流。湖面水位也提高了，机动多普勒装置的车轴都浸在水下；科学家们不得不划着皮艇进行日常维护。她说，在另一场暴雨中，610米处的观测站记录了超过30厘米的降雨，而10公里外海岸边的一个观测站记录的降水量不足5厘米。“很明显这是非常大的差异因素。显然，高度、位置和降水之间不存在简单的线性关系。”
扎克罗德尼克在维护过程中遇到的最大麻烦，是另一名研究生踩到一块木头滑到，摔断了腿。伤势相当严重，用骡子撤离是不可能了，他们不得不调用了直升机。直至冬季结束，也不会再有类似的Olympex设备救援了。冬季罕见的暴风雨吹倒了几百棵树，甚至阻塞了通往入山口的10公里通道。
麦克莫迪说：“路修好前，骡子上不去，而且他们需要骡子来修路。这需要一段时间。”
但科学研究仍在继续。在2015年12月初一个完美的日子里，当GPM卫星经过上空时，3架科研飞机都飞入或飞到了暴风雨上空。麦克莫迪感叹地说：“那次收集的数据集非常理想，堪称奇迹。”圣诞节前飞机结束了几乎天天都有的飞行任务，而气象站和雨量计网络则在继续收集海量数据。
麦克莫迪说，解析Olympex数据（目前已有17太字节的数据和计数）和充分验证GPM卫星很可能需要几年的时间。“数据分析是一项艰巨的任务。”但是数据太多就如同雨水过多，都是这些科学家喜欢的问题。
作者：Mark Harris
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