年月

当前位置: 首页>新闻资讯>气象科技>国际前沿

如何“侦察”大气河流?

来源:中国气象报   发布时间:2020年04月16日14:23
分享到:

  2020年美国大气河流侦察行动于1月至3月进行。今年是该行动开展的第五年。 

  通过驾驶飞机穿越大气河流风暴并投放探空仪,美国科学家获得了关于大气河流风暴的重要信息,以此不断改进大气河流预报方法,提高模式预报准确率,来更好地支持加州水资源和水库管理,降低洪水风险、抵御长期干旱。  

  

  最多的时候,大气河流风暴带来的降水能占到美国加利福尼亚州总降雨量的一半,要为该州90%的洪水泛滥“负责”。整个西部地区每年因大气河流造成的洪灾损失平均为11亿美元。

  准确预测大气河流对加州经济的影响至关重要。加州易干旱,但同时也是世界上农业生产力最高的地区之一。更好地预报大气河流将可能支持水资源和水库管理,降低洪水风险,同时有利于更好地抵御长期干旱。

  不过,对于如此重要的预报,科学家并不满意。2013年,有专家评估认为,在美国未来三天的预报中,大气河流登陆点与实况的误差达到400公里左右。而大气河流的平均宽度正是400公里至800公里。

  误差背后,是海洋上观测资料的稀缺和卫星难以穿透云层等痛点。随后,在给美国西部州水事委员会的一份报告中,为了更好地预测大气河流的登陆点及雨量,气象学家马丁·拉尔夫等人建议开展大气河流侦察(AR Recon)行动。

  所谓大气河流侦察行动就是研究人员在大气河流风暴来袭时,驾驶飞机穿越大气河流,并从飞机内部将探空仪空投到预定位置。探空仪从飞机到海面下降的过程中,可以以很高的分辨率捕捉大气垂直剖面的水蒸气含量、温度、风速、风向等信息。这些数据经实时传输和同化进入天气预报模式,从而提高大气河流及其强降水预报水平,测试和改进新方法。

  从2014年开始,大气河流侦察行动已经不连续地开展了5年,分别是在2016年、2018年、2019年和2020年。其间,参与的飞机越来越多,穿越的大气河流风暴数量也在增加,捕获的数据越来越丰富。

  2016年,该行动作为NOAA厄尔尼诺快速响应野外活动的一部分,美国空军第53气象侦察中队两架WC-130J飞机共穿越了三场风暴,NOAA G-IV和NASA全球鹰号配合开展了部分飞行。探空仪采集到的数据仅在美国国家环境预测中心(NCEP)模式上进行同化。到了2018年,两架WC-130J和NOAA一架G-IV共穿越了六场风暴。2018年和2019年探空仪测得的数据在NCEP、ECMWF、海军模式得到同化应用。

  2020年的行动则更是具备了里程碑式的意义——它被正式纳入美国国家冬季行动计划(NWSOP),此前开发的大气河流侦察方法得以应用和拓展。1月至3月,两架WC-130J和一架G-IV飞机分别在夏威夷、加州和波特兰待命,穿越最多12场大气河流风暴,比2018年和2019年增加了一倍。

  从飞机上收集的数据实时上载到预报模式。今年研究团队使用的三个主要模式是海军全球环境模式(NAVGEM),ECMWF模式和NOAA的全球预报系统(GFS)。

  参与行动的人员也来自不同方面,曾最先提出这一行动畅想的斯克里普斯海洋研究所西部天气和极端水事件中心(CW3E)主任马丁·拉尔夫担任此次行动的首席研究员,有“飓风猎人”之称的美国空军第53气象侦察中队执行飞行任务。此外,NOAA、NCEP、海军研究实验室(NRL)、美国国家大气研究中心(NCAR)、ECMWF和美国几所大学专家都以不同的角色参与其中。

  他们各司其职。研究团队负责投放探空仪,对观测数据进行质量控制;而飞行人员则负责顺利完成飞行任务。还有一个团队专门负责制定任务、协调机组人员。

  “从风暴环境中收集数据本身就是很危险的事,但无论是在5级飓风中,还是在5级大气河流风暴(大气河流根据强度和影响不同被分为5级,级数越大,强度越强)中,我们都以同样的方式执行任务。我们收集数据的目的是希望改善天气预报,从而挽救更多生命。”第53气象侦察中队空中天气侦察军官瑞恩·里克特表示。

  马丁·拉尔夫称,通过大气河流侦察行动,正在努力改进对于大气河流登陆点的预报,并更好地理解其带来的降水,以及对供水、减灾等的影响。飞行中捕获的数据会对预报模式改进产生立竿见影的效果。

  2018年和2019年,大气河流侦察行动通过不同模式定量确定了预报中最敏感的位置——通常在大气河流的中心。而在各要素中,湿度敏感性大于温度、风或任何其他敏感性。

  (来源:CW3E官网等 编译:张格苗 责任编辑:崔国辉)

分享到:

  精彩热图