空间地球科学及应用

雨滴大小至关重要:NASA太空中测量雨滴大小,了解暴风雨现象

时间:2016-05-04  来源: 文本大小:【 |  | 】  【打印

并非所有雨滴都大小相同。雨滴从天而降,其大小是由多种因素决定的,包括产生降水的云层在地球的哪个位置、雨滴是在云层的哪个位置产生的。幸有NASA与JAXA的联合全球降水观测(GPM)任务,科学家首次获得了世界各地雨滴和雪花的太空三维快照。借助该任务提供的最新全球雨滴和雪花尺寸数据,科学家能够提高卫星资料和数值天气预报模型的降水估测准确度,帮助我们更好地了解和防范极端天气活动。

“雨滴谱是决定暴风雨激烈程度、持续时间和最终雨水量的因素之一,”位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心气象学家Joe Munchak说道。“我们到现在才弄清楚水滴在全球范围内是如何变化的。”

暴风云中含有的水滴大小不一,最终降落成雨或雪。通常,云层核心的水滴在降到地球表面时,会相互碰撞并集聚,因而水滴变得较大,而在边缘部位和较高处,水滴则偏小。水滴未发生碰撞或自身分裂时,尺寸往往较小。科学家将同一云层内不同位置不同尺寸的雨滴和雪花数量称为“粒径分布”。

为精确获知一场暴风雨的降水量,科学家需要了解大水滴与中小水滴的比例。以往由于早期研究仅限于独立地点,全球数据有限,研究人员不得不假定该比例,Munchak说。

“如果不清楚这些大水滴与中小水滴之间的关联或比例,我们在确定所知的降水量时就会出现重大误差,进而对了解长期积水量造成重大影响,而我们也正需要长期积水量信息才能预测出暴洪情况,” Munchak说。

借助GPM卫星三维雨滴谱快照,科学家还可洞察暴风雨结构及其表现形式。雨滴谱通过改变暴风雨穿过干燥空气时的蒸发率而影响暴风雨强度,Munchak说。例如,较小雨滴往往蒸发较快,雨后的空气就会更加凉爽。这导致向下的气流流动更加强烈,到达地面时,就会刮起具有破坏性的大风。但是这些向下的气流也会干扰对暴风雨具有助推作用的向上气流,使暴风雨减弱或消退。

Munchak说,“这些复杂的相互关系部分取决于雨滴谱,GPM卫星测量值对预测这些相互关系会起到实实在在的作用”。

GPM卫星于2014年发射,并将首个双频测雨雷达(DPR)以及一部多波道GPM微波成像仪(GMI)载入太空。DPR对降水量进行了详细的3D测量,同时GMI利用一组(13个)优化频率检索出地球表面强降水、中度降水和弱降水的测量值。GPM卫星增进了我们对太空降水的了解,同时,该信息对改善天气模型和预测也将发挥至关重要的作用。

 

上图为概念图,显示了暴风雨中雨滴大小和分布的变化过程。蓝色和绿色代表直径为0.5-3mm的小雨滴。黄色、橘色和红色代表直径为4-6mm的较大雨滴。黄色、橘色和红色所占比例较大的暴风雨,其含水量要高于蓝色和绿色比例较大的暴风雨。

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