結合紅外和微波數據科學家可對颶風進行更精準預測
2017 年,颶風“哈維”(Harvey)在德克薩斯州沿海登陸後並未繼續向前推進,因而導致降雨量刷新歷史記錄,成為美國歷史上最具破壞性的風暴之一。賓夕法尼亞州立大學的科學家表示,一項使用現成數據的新技術可以減少預測誤差,並可以改善對未來像哈維這樣的風暴的軌跡、強度和降雨量的預測。
賓夕法尼亞州立大學氣象學和大氣科學系助理研究教授Yunji Zhang 說:“我們的研究表明,存在利用現有但未被充分利用的數據對熱帶氣旋進行更準確預報的途徑。這可能會讓未來對熱帶氣旋相關的危害進行更好的警告和準備”。
科學家們說,將低地軌道衛星收集的微波數據添加到現有的計算機天氣預報模型中,在使用哈維颶風作為案例研究時,顯示出對預測風暴軌跡、強度和降雨量的改進。Zhang 說:“在海洋上空,除了偶爾飛入一些颶風的偵察機外,我們沒有其他種類的雲頂下的觀測數據來告訴我們哪裡是風眼牆(Eyewall,指颶風中心低壓區,它和外層氣壓差越大,颶風越強),以及這些地區有多少雨或雪顆粒。這對於以後預測風暴的強度或颶風將帶來多少降雨量非常重要”。
這項研究建立在該團隊先前的工作基礎上,該工作利用數據同化改善了颶風預測,這種統計方法旨在描繪當前天氣狀況的最準確畫面,這很重要,因為即使大氣層的微小變化也會導致預測在一段時間內出現巨大差異。
在之前的工作中,賓夕法尼亞州立大學高級數據同化和預測技術中心的科學家們整合了來自美國地球同步運行環境衛星(GOES-16)的紅外亮度溫度數據。亮度溫度顯示了地球上和大氣層中的物體發出了多少輻射,科學家們利用不同頻率的紅外亮度溫度來更好地描繪大氣中的水汽和雲的形成。但是紅外傳感器只捕捉到雲頂上發生的情況。科學家們說,微波傳感器查看整個垂直柱,為風暴形成後雲層下發生的事情提供了新的見解。
Zhang 說:“當颶風在發展的後期階段成熟時,這一點特別重要,因為那時存在明顯的、連貫的雲層結構,你無法看到它們下面發生了什麼。那是颶風最危險的時候,因為它們非常強大,有時已經接近登陸點並威脅到人們。這時,微波數據將提供最有價值的信息”。
研究人員在《地球物理研究快報》雜誌上報告說,與單獨的紅外輻射相比,將同化的紅外和微波數據結合起來,減少了對颶風哈維的軌道、快速強化和峰值強度的預測誤差。他們說,同化這兩組數據使風暴快速增強的預測提前期增加了24 小時,這是一些風暴迅速增強的關鍵時期。