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雷达 + 卫星,天气预报最佳伴侣?

2019-11-17
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宾夕法尼亚州立大学的研究人员称,在应对恶劣天气时,通过利用先进的地球同步卫星和传统的气象雷达,科学家们目前已经找到了一种可以更早预报、更加准确的极端天气预警方法。


宾夕法尼亚州立大学气象与大气科学系的助理教授Yunji Zhang表示:“一般而言,卫星对于预报的及时性具备它的优势,而雷达对于云层位置和雷暴的移动方向把握性则更大,我们发现如果将这两种观测结果结合在一起,可以形成很好的互补,从而更好的对极端天气进行预报。

为了更准确的描述当前的天气状况,研究团队选择了数据同化这种统计方法,因为随着时间的推移,大气中即使是很小的变化,也会导致预测上的巨大差异。


American Meteorological Society journal Monthly Weather Review 的一份报告上,该团队对2017年袭击了美国怀俄明州和内布拉斯州的风暴进行了卫星和雷达数据的分析,最终的结果显示,利用卫星的红外观测与雷达的径向风速可以得到最佳的预测结果。


“我们的研究结果表明,无论是卫星还是雷达,都提供了关于风暴的不同信息,虽然目前我们还没有在更多的案例中对这种方法进行评估,但是这给我们指出了一条前进的道路,相信沿着这条道路,我们可以向公众提供更准确和及时的天气信息。”宾夕法尼亚州立大学气象与大气科学系的系主任David Stensrud在接受采访的时候说道。


之前,该团队的研究人员首次利用了美国的环境监测卫星GOES-16的数据,对严重的雷暴天气进行了全天候的检测。


这种由宾夕法尼亚州立大学先进数据同化和预测研究中心提出的全天候方法,可以获取所有气候条件下的气象数据,包括了多云和暴雨天气等。而过去的观测由于云层物理运动过程的复杂性,往往依赖于晴空观测。


利用GOES-16卫星上的仪器可以在风暴形成之初就可以捕捉到,这比传统的多普勒气象雷达要快几十分钟。除此之外,还能观测到周围环境的变化,比如大气中水蒸气的变化等。


但是利用卫星进行观测也存在局限性,因为红外观测设备只能对云层的顶部进行观测,会遗漏掉云层下方的细节。利用多普勒气象雷达对云层的3D扫描,可以获得关于风暴结构的准确信息,有效的减少误报。


利用这种方法,研究人员表示可以将预警时间提前40分钟,而目前龙卷风的预警时间平均为14分钟。


Yunji Zhang表示:“在看足球或者参加大型活动的时候,如果你提前20-40分钟得到了预报信息,你就会有更多的时间撤离,我们相信预报时间的增加可以挽救更多的生命。”


Journal Reference

Yunji Zhang, David J. Stensrud, Fuqing Zhang.Simultaneous Assimilation of Radar and All-Sky Satellite Infrared Radiance Observations for Convection-Allowing Ensemble Analysis and Prediction of Severe Thunderstorms. Monthly Weather Review, 2019; 147 (12): 4389 


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