GPS給人們帶來(lái)的最大便利就是定位和導航，在過(guò)去的十年里，隨著(zhù)技術(shù)的不斷更新，GPS能完成的任務(wù)早已突破了我們的想象。先進(jìn)的GPS技術(shù)，能幫助科學(xué)家們了解地震時(shí)的地殼移動(dòng)，能為山洪暴發(fā)和火山爆發(fā)提供預警，還可以將GPS接收器改造成雪地傳感器、潮汐計和測量地球的其它工具。
地震評估和預測
幾個(gè)世紀以來(lái)，科學(xué)家曾經(jīng)一直依靠地震儀來(lái)評估地震的震級和嚴重程度，現在GPS完全能勝任這一切。GPS接收器能跟蹤發(fā)展速度更慢的地質(zhì)過(guò)程，例如地球上巨大的地殼板塊在板塊構造過(guò)程中的相互摩擦，正因為這樣，科學(xué)家們發(fā)現了圣安德烈亞斯斷層的相對兩側正以何種速度相互滑動(dòng)。
很多研究人員認為，GPS根本無(wú)法精確、快速地測量出地震的位置，從而無(wú)法用于評估地震。但事實(shí)證明，科學(xué)家可以從GPS衛星傳送給地球的信號中發(fā)現隱藏的信息。通過(guò)提高GPS接收器更新其位置的速度，可以讓GPS以超過(guò)每秒20次的速度不斷刷新，這讓研究人員能用更快的刷新速度和精確測量，來(lái)研究地震期間地面是如何移動(dòng)的。通過(guò)GPS技術(shù)，科學(xué)家發(fā)現2003年發(fā)生在阿拉斯加的7.9級地震和2011年發(fā)生在日本的9.1級地震，海底的構造板塊都移動(dòng)了幾十米。
如今，通過(guò)GPS技術(shù)，科學(xué)家們能在地震開(kāi)始后幾秒鐘內，判斷出地震的震級已經(jīng)可能帶來(lái)的危害程度；同時(shí)，以GPS技術(shù)為基礎的地震預測系統已經(jīng)初具雛形，該系統可以探測到地面的微小震動(dòng)，使提前預防地震和海嘯的到來(lái)成為可能。
火山監測
GPS系統還能幫助科學(xué)家們在面臨其他自然災害發(fā)生時(shí)更快地做出反應，比如火山爆發(fā)。如今，許多火山觀(guān)測站在它們監測的火山周?chē)疾贾糜蠫PS接收器。當地殼深處的巖漿開(kāi)始向地下移動(dòng)時(shí)，通常也會(huì )導致地表移動(dòng)。通過(guò)監測火山周?chē)腉PS接收器是上升還是下沉，研究人員就能知道巖漿在哪里流動(dòng)。在去年夏威夷基拉韋厄火山大噴發(fā)之前，研究人員通過(guò)監測附近地表的移動(dòng)情況，提供信息并幫助當地居民安全撤離。
即使在火山爆發(fā)后，GPS數據也可能有用。由于信號從衛星傳到地面，信號必須通過(guò)火山噴射到空中的物質(zhì)。研究人員分析了幾年前阿拉斯加州雷道博特火山噴發(fā)后的GPS數據，發(fā)現噴發(fā)開(kāi)始后不久，信號就會(huì )失真。通過(guò)失真的GPS信號，科學(xué)家們可以估計出火山灰噴出的量和速度。與此同時(shí)，科學(xué)家們還在試圖擺脫昂貴的專(zhuān)業(yè)GPS設備，利用普通的智能手機來(lái)實(shí)現這一目標。這樣一個(gè)相對便宜的全球定位系統網(wǎng)絡(luò )建成以后，同樣能在火山灰上升時(shí)進(jìn)行監測，雖然效果不如專(zhuān)業(yè)設備，但指導飛機繞過(guò)火山灰飛行還是可行的。
積雪探測
GPS技術(shù)還能應用于積雪探測，而且這項技術(shù)用到了GPS信號中最為混亂無(wú)序的部分，也就是從地面反射的部分。正常情況下，一個(gè)典型的GPS接收器，就像你的智能手機一樣，主要接收來(lái)自頭頂GPS衛星的信號。但同時(shí)它也能接收到經(jīng)過(guò)地面反射后的信號。很多年以前，科學(xué)家們一直認為這些反射信號只不過(guò)是噪音而已，是一種干擾數據的回聲，對它的分析毫無(wú)意義。然而大約15年前，有研究人員開(kāi)始關(guān)注GPS接收器收到的回聲，通過(guò)反射信號的頻率，以及這些信號與直接到達接收器的信號的組合方式，可以推斷出產(chǎn)生信號反射的地表的表面性質(zhì)。
這種方法讓科學(xué)家更多的了解了GPS接收器下面的地面，例如土壤中含有多少水分，或者地表上累積了多少雪（地面降雪越多，回波與接收器之間的距離就越短）。因此，現在GPS設備可以充當傳感器來(lái)探測積雪深度，特別適用于那些常年積雪的地區。這種技術(shù)在北極和南極的應用就是典型的例子，從2007年至2017年，研究人員在南極洲西部建立了23個(gè)監測積雪的GPS站點(diǎn)。通過(guò)這些站點(diǎn)，他們能隨時(shí)掌握當地的積雪變化情況，隨時(shí)對不同季節間的積雪融化情況進(jìn)行對比。
沉降監測
GPS已經(jīng)可以作為一種在堅實(shí)的地面上測量位置的方法，也就是現在普遍的定位功能，但同時(shí)它也能實(shí)現對水體變化的監測。今年7月，科學(xué)家在恒河和雅魯藏布江交匯處的孟加拉國安裝了GPS設備，其目的是為了測量河流沉積物是否發(fā)生變化，地表是否正在下沉，從而評估熱帶氣旋和海平面上升期間是否更容易受到洪水的影響。
在索納塔拉的農業(yè)區的一片紅樹(shù)林的邊緣，研究在一所小學(xué)的水泥屋頂上放置了一個(gè)GPS定位站，同時(shí)在附近豎立在田間的柱子上安裝了第二個(gè)GPS定位站。如果當地真有地表沉降，那么第二個(gè)GPS站的監測結果就會(huì )像它是從地面慢慢冒出來(lái)一樣。同時(shí)，通過(guò)測量這些觀(guān)測站下面的GPS回波，科學(xué)家們田間土壤的水分含量。
甚至，GPS還幫助海洋學(xué)家和船員，充當潮汐測量?jì)x，這是研究人員在使用來(lái)自阿拉斯加卡切馬克灣的GPS數據時(shí)的偶然發(fā)現。一旦潮汐變化，從水面反彈到接收器的GPS信號就會(huì )跟著(zhù)發(fā)生變化。
大氣監測
最后，GPS還可以幫助科學(xué)家梳理地球的大氣信息，這種應用方式直到幾年前才被科學(xué)家們確認為可能。大氣中的水蒸氣、帶電粒子和其他因素都會(huì )延遲GPS信號在大氣中的傳播，不同條件下的信號傳播結果讓研究人員有了新的發(fā)現。大氣中的水蒸氣，最終可能會(huì )變成雨水或雪花回到地面。通過(guò)計算在一場(chǎng)傾盆大雨中，有多少水可能會(huì )從天而降，研究人員就能預測當地發(fā)生山洪暴發(fā)的可能性。在2013年7月的一場(chǎng)風(fēng)暴中，氣象學(xué)家利用GPS數據來(lái)追蹤季風(fēng)水汽陸上移動(dòng)情況，成功在山洪暴發(fā)前17分鐘發(fā)出預警信息。
當GPS信號通過(guò)上層大氣的帶電部分（電離層）時(shí)，信號也會(huì )受到影響。因為海嘯的巨大威力會(huì )影響電離層，因此科學(xué)家可以通過(guò)GPS系統追蹤電離層的變化來(lái)預測海嘯，這項技術(shù)有朝一日可能會(huì )最終替代現有的海嘯預測技術(shù)。
總之，GPS的應用遠比我們現在了解的要多很多，隨著(zhù)技術(shù)的不斷革新，相信未來(lái)的GPS將會(huì )更好的服務(wù)和守護人類(lèi)的生活。
轉自：互聯(lián)網(wǎng)