追踪降雨以预测洪水活动

作者:浮夸的晓编 分类:探索 发布于:2013-8-22
  近几年,夏季里的暴雨似乎越来越猛烈频发,大量的降雨会造成山洪暴发、泥石流泛滥,让城市里的基础设施不堪重负。据物理学家组织网近日报道,美国国家气象局北中部河流预报中心水文学家佩德罗·雷斯特雷波称,在美国的自然灾害中,洪水导致死亡的人数仅次于高温,赔偿金额列居榜首。

  工欲善其事,必先利其器。在世界范围内,一个国家若没有气象雷达或雨量记录仪网络是相当不利的,因为这意味着其没有强大的预警系统,而对洪水的准确预测是政府决策者在做防范行动时必不可少的。

  追踪降雨“抓”龙卷风

  6月的一个夏日,美国爱荷华和伊利诺伊州西部暴发的一场剧烈风暴催生出巨大雷暴。当时美国国家航空航天局(NASA)的偏振(/极化)降水雷达扫描到了这场风暴席卷该区域的位置。

  从5月1日到6月15日,NASA的全球降水测量(GPM)任务与爱荷华州洪水研究中心共同启动对洪水的研究试验,简称IFloodS。NASA研究站点选择爱荷华州,一是由于爱荷华州洪水中心构建了监测仪器网络;二是其在研究和预测洪水方面具有专业水准。

  NASA弗吉尼亚州瓦勒普斯飞行基地的沃尔特·彼得森介绍说:“这真是令人难以置信,我们‘抓’到了龙卷风的暴发。它正开始起步时,刚好被我们观察到,大约在30公里至50公里远的距离。”目前两个NASA的雷达驻扎在爱荷华州,作为该州洪水研究领域活动的一部分,也是彼得森带领的GPM任务的一部分。

  偏振雷达在许多超晶胞雷暴中发现了一些与众不同的“钩子”特性,其中一场雷暴距离雷达只有40公里。在乌云中由雨、冰雹或包裹进入风暴旋转中心的碎片产生弯曲的“钩子”,这就是一个经典的潜在龙卷风产生的指标。事实上,龙卷风出现在雷达西北方向的爱荷华州和附近的几个城镇。

  验证卫星与地面检测

  彼得森说:“这是一场地面验证活动,旨在提供地面实况和解释卫星的测量。我们试图在这里要实现的是把从太空中看到的一切及在大气中所观察的和地面的相联系。IFloodS的目标是评估卫星对降雨的估量,然后看看这些估计如何可以帮助预测爱荷华州的河流泛滥。”

  许多当前的天气研究卫星备有从轨道上看到降雨的仪器。2014年,NASA将联合日本宇宙航空研究和开发机构启动全球降水测量的核心天文台,以能够观察到降水类型的更多细节和更广范围。那么,一台仪器将能从液体雨中更好地区别冰和雪,其星载雷达将生成云和其内部冰雹的3D图像。

  在IFloods的试验中,NASA和爱荷华州洪水中心建立了几百个雨量测量仪、土壤水分传感器、天气雷达及其他地面测量仪器,以尽可能准确评估横跨爱荷华州东部的降雨。当科学家可以把它用在预测洪水时,需要解释这个大杂烩的卫星数据。然后,将地面测量与在上空掠过的卫星观测进行比较。

  在研究中,地面仪器网络和NASA先进的天气雷达,对整个降雨过程进行了非常详细的观察,从云顶部冰粒子融化进雨中到其移动到云的底部,然后洒在地面上,被降雨测量器采集。通过了解降水过程的细节,研究小组可以精细调整使用的方法,把卫星观测转向对降雨的良好测量。

  加强自然灾难预警系统

  一旦科学家拥有了良好的降雨测量仪器,那么在气象预报中或其他用途方面便可以广泛应用。研究人员需要准确和及时地掌握降雨信息,以更好地理解和模拟可能发生的严重水灾、频繁山体滑坡和破坏性的干旱。

  研究人员说,对于洪水而言,大量降雨是其构成的必要成分。IFLoodS研究中发现,大量降雨的出现会造成河流泛滥,引发洪灾。要预测这些破坏性事件,科学家还必须了解的因素包括水流进河流系统是如何经过土壤和地形移动的状况。这是一个复杂的现象,必须掌握这些条件才能够作出一个很好的预测。于是,在研究中便把这些条件加载到模拟水运动的计算机模型中,包括是否可能会淹没到城镇。

  之后的几个月内,研究人员将会进一步详细分析所获得的数据,而国家气象局的雷斯特雷波期待测试IFloodS洪水预报模型中的数据。显然,GPM的全球降雨数据将有助于我们在未来更好地准备和应对大范围的自然灾害。