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探测雨滴大小可知风暴详情

发布时间:2019-03-27 19:44:33

探测雨滴大小可知风暴详情

日期:2016年3月31日

资源:NASA/戈达德飞行中心(Goddard Space Flight Center)

概要:科学家首次从空间卫星观测并构建雨滴及雪花三维影像。

上图为风暴云中雨滴尺寸及其分布变化的构想图。蓝色与绿色代表了尺寸介于0.mm的小雨滴。黄色、橙色及红色代表了尺寸介于mm的较大雨滴。当暴风雨中的雨滴大多介于黄色、橙色及红色时,其含水量要多于蓝色及绿色。

雨滴形成时大小不一。降雨的雨滴尺寸大小基于诸多因素,如含水云层的地理位置,雨滴在云层中的形成的位置。NASA及日本宇航探测总署(Japan Aerospace Exploration)在全球测雨系统(Global Precipitation Measurement, GPM)中所做出的努力,使得科学家首次从太空观测并构建雨滴及雪花三维影像。

探测雨滴大小可知风暴详情

利用探测中得到的全球雨滴及雪花尺寸的数据,科学家们能够基于卫星数据和大量气候预报模型完善降水评估,以便帮助我们理解并应对各种极端天气。

“雨滴尺寸分布是决定风暴形成、风暴持续时间以及终降水量的诸多决定因素之一,”Joe Munchak说道,Joe Munchak是来自设在马里兰州格林拜特的NASA戈达太空飞行中心的气候科学家。“我们直到现在才能够观测到全球范围的降水水滴尺寸变化情况。”

在终形成雨雪前,暴风云中的水滴尺寸的变化范围很大。一般情况下,由于水滴在朝向地表方向运动的过程中会发生彼此碰撞聚并行为,使得位于暴风云核心位置的水滴更大一些,而更小的水滴会出现在边缘或较高的位置处。不发生聚并或分散开的水滴则会逐渐变小。科学家们将云层中不同位置的不同尺寸的雨雪数目变化视为“颗粒大小分布情况”。

为了得到的风暴降水信息,科学家们需要了解较大尺寸的雨滴与较小或中等尺寸雨滴的比值。在此之前,由于早期研究的开展在地域方面存在一定局限性,因此研究人员只能对该值进行假设,Munchak说。

“由于不了解各个尺寸水滴间的关系与比值,我们对降水量的了解还存在较大误差,这种误差会影响我们对此的长期研究,这会进一步影响到对洪水预测等方面。”Munchak说。

利用GPM水滴尺寸三维成像分布结果,科学家们还可以进一步观测到风暴的内部结构,以及相应的运动行为。雨滴尺寸分布影响着风暴的形成,它是通过水滴在干燥空气中降落过程中改变蒸发的比例而实现的,Munchak说。例如,较小的水滴蒸发速度较快并加速冷却空气,致使下行运移气流增强,当这种气流到达地面时已经具备一定的破坏力。而这种下行气流会干扰促进风暴形成的上行气流,并导致风暴的弱化,甚至消散。

“GPM的测量值有助于预测基于水滴尺寸分布的复杂作用,”Munchak说。

GPM发射于2014年,并运载双频测雨雷达系统(Dual-frequency Precipitation Radar, DPR)进入太空,还包括多频GPM微波成像系统(Microwave Imager,GMI)。DPR详细地绘制了降雨3D测量值,而GMI则通过13组频段对地表不同程度的降水量进行监测。由于GPM从太空的视角改善了我们对于降水的认识,其获得的信息对于气候模型的建立及预测十分重要。

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翻译:房体明

审稿:林然

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