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            “天眼”測冰雹可彌補強天氣監測不足

            氣象科普|時間:2020年11月11日 信息來源:中國氣象網 責任編輯:魏明 點擊量:

              冰雹是極易引發災害的天氣現象,與強烈的中小尺度對流天氣系統相伴而生,出現時往往會給農業、林業、畜牧業以及建筑物、車輛等財產造成巨大損失,甚至傷及人身。但因其發生的時空尺度小,往往難以捕捉和預測,給災害的防范帶來困難。

              近年來,由于有了地基天氣雷達等先進的探測技術,冰雹天氣的監測預警能力有了很大提升。為了更完整、更系統地分析冰雹這類強天氣系統,特別是進行區域甚至全球性監測,則還需要發展新的技術手段,通過各類衛星信息捕捉冰雹系統的變化規律是值得嘗試的選擇。

              為了及時監測冰雹的發生、冰雹造成的災害及分析冰雹發生的規律和成因,美國國家航空與航天局(NASA)組織了國際合作項目,通過不同類型衛星數據的開發產品對產生冰雹的風暴系統進行長期跟蹤監測,借助多種衛星傳感器信息分析冰雹可能發生的地點和時間及其可能造成的破壞,形成了區域和全球范圍的冰雹發生分布圖,并開發了災害模型、改進了預警方法。

              這類可以覆蓋全球的冰雹監測衛星數據集為那些缺乏常規冰雹災害監測、預警和服務的地區提供了非常有價值的信息。比如,該合作研發團隊為南非區域提供了創新性的冰雹風險評估服務,那里的冰雹災害約占自然災害損失總價值的一半。通過捕捉與冰雹事件伴隨的大量量化特征,如風暴發生的持續時間、發生范圍、強度和移動速度,可以開發出冰雹災害模型。這些量化特征需要利用靜止衛星數據的長期演變趨勢資料,結合低軌衛星信息的不同監測視角,統計分析數萬個冰雹事件案例來確定,最終為冰雹預警和災害保險評估提供量化支持。

              科學家們不需要環游世界直接跟蹤觀察冰雹,通過來自多個不同衛星儀器的信息和處理技術可以完整查看到全球冰雹發生的歷史記錄。產生冰雹的強烈雷暴上升氣流在靜止衛星的可見光、紅外、閃電圖像和極軌衛星的微波圖像中都能展示出獨特的外觀,通過足夠長的時間序列衛星資料,就可以建立起冰雹雷暴系統的監測模式。如通過靜止衛星圖像可以看到紋理清晰且非常冷的云層頂部區域,被稱為“越頂層”,這些區域提示了可能產生冰雹和其他惡劣天氣的強烈上升氣流位置。

              極軌衛星上的微波傳感器信息也可以用來識別冰雹,因為冰雹對上涌的對流系統具有壓制作用,通過微波能量變化可以區分上升區與受抑區的不同特征。

              顯然,將高低軌道上的不同分辨率、不同類型的傳感器數據結合使用,會有助于識別不同強度、不同持續時間、不同空間尺度的冰雹風暴特征。衛星閃電速率定位儀顯然也可用來對冰雹系統進行識別,強上升氣流支持冰雹增長,同時也有助于電荷產生,從而通過閃電速率變化分析出冰雹系統的強度。高分辨率的陸面成像衛星可以顯示出地面上遭受損害的長條痕跡,也可以用來判斷冰雹強度和受災程度。通過在常規記錄較完整的地區將這些衛星資料與其他信息進行對比,做出概率估算分析,建立業務模型,便可將其推廣到基礎信息缺乏地區使用,擴展應用范圍。

              NASA開展此項工作的另一個利器是大氣資料再分析模式(MERRA-2),可以完整提供冰雹發生區域的溫度、濕度和風場等重要大氣三維環境變量,這對于風暴系統是否能產生冰雹的分析至關重要。通過分析大氣層結穩定度、風切變、氣流上升強度和結構等,可以預測冰雹是否產生及可能達到的強度。此外,分析大氣低層溫度狀況,還可以判斷冰雹到達地面之前是否維持或融化。

              通過NASA與合作者開展的項目,可以看到綜合利用多種衛星信息監測分析強對流天氣的技術發展和應用前景,也為在全球范圍內分析預測中小尺度強天氣開闊了視野,特別是在地面探測資源稀缺的區域,通過綜合衛星資料分析模型可以彌補那里強天氣系統監測分析能力的不足。

              

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