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2018
04-17

GOES-R卫星可以为飓风预测提供更好的数据


根据佩恩州立大学的研究人员,2016年10月推出的GOES-R地球静止卫星可能预示着预测飓风的新时代。来自这颗新时间和空间尺度的这颗新卫星的信息与先进的统计飓风预测模型相结合,可以使未来的预测更为准确。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现了一个更好的方法来使用卫星数据在飓风预测模型,这可能革命未来的飓风预测。图为飓风卡尔的卫星图像,这是研究人员的概念验证研究的重点。
图片来源:国家海洋和大气管理局

“几十年来,GOES系列等地球静止卫星一直是监测暴风雨和飓风等恶劣天气的主要工具,”气象学教授,宾夕法尼亚州高级数据同化和可预测性技术中心。 “他们帮助人们看到目前发生的事情,但是到现在为止,我们作为一个社区还没有能够利用这些资源来指导我们预测未来的恶劣天气。”

地球同步卫星,如GOES系列轨道地球在一个固定的位置,拍摄云层和其他气象信息的快照。美国国家海洋和大气管理局在NASA的贡献下运行GOES。

历史上,使用卫星数据进行飓风预测时,存在两个主要挑战 - 收集的数据类型和数量。卫星不能直接测量许多与飓风眼壁浑浊区域下的表面压力,风速,温度和水汽有关的强度。但是,他们收集的数据称为亮度温度,它显示了地球上的物体和不同的红外频率下大气中的辐射量。由于所有天体自然地以不同的频率发射和吸收不同的辐射量,数据的复杂性给希望将这些数据用于飓风预测模型的研究人员带来挑战。

“在某些频率下,水蒸气会吸收适量的辐射,而在其他频率下,它会吸收大部分的辐射,在其他频率下,几乎不吸收。与水汽不同,云在所有这些频率下强烈吸收辐射,“气象学教授Eugene Clothiaux说。 “比较不同频率的测量结果可以得到关于地球上空不同高度的水汽和云层的信息。这开始告诉我们水汽场和云层的物理结构,包括飓风周围地区的物理结构。“

使用亮度温度卫星数据来改善飓风的模型预测并不简单。亮度温度信息是与地面,大气水汽和云层有关的复杂混合物。该小组必须开发一个复杂的分析和建模方案,以便以有用的方式提取信息进行模型预测。

Zhang,Masashi Minamide,气象研究生Clothiaux在一项试点研究中表明,使用亮度数据变得可行。他们发现亮度温度测量值与风暴信息之间的确切关系 - 风速和飓风下的海平面气压。他们在当前的“地球物理研究快报”上报告了他们的结果。

使用GOES-13的数据,该团队完成了概念验证实验,分析了2010年卡尔飓风的数据。他们使用了张和他的团队正在开发的宾州州立即实时飓风分析和预测系统,提炼近十年。

张先生说:“飓风预报模式是通过分块飓风来实现的,这从模型中输入的初始信息开始。 “然后,我们运用飓风可能的结果,使用不同的变量来估计不确定性,这告诉我们飓风可能如何表现。如果我们能够使用更高的分辨率的话 初步状态,这可以使我们在未来大大提高飓风预测。“

GOES-13以2.5英里的分辨率提供数据,GOES-R将把亮度温度的频率提高到0.6英里以下。由于飓风的大小,分辨率的提高尤其重要。眼墙周围的云层大小不一,但大约有6英里厚。使用GOES-13亮度温度和2.5英里的分辨率,眼壁常常与风暴的其他部分组合在一起,只有一个或两个亮度温度测量值来自只有眼壁本身。 0.6英里分辨率的亮度温度测量将允许多达10个眼壁测量作为独立的信息块被馈送到预测模型中,而不是与暴风雨的其他部分一起被分组。 Zhang说,这个新的数据源可能会对预测飓风强度的长期挑战产生影响。研究人员知道,飓风附近的风速和其他活动水平与未来强度有关,但实际上收集这些数据是困难的。今天,NOAA使用空中侦察来收集数据,但这只有当风暴在飞行距离内时才有可能。以高空间和时间分辨率以及许多亮度温度频率监测海洋的卫星(如GOES-R)可以消除这一限制。 “

”地球静止卫星一直在那里,这使得它们非常适合捕捉飓风的最初和不断演变的状态,包括风暴阴天地区的重要信息。 “更有效地使用卫星数据可能潜在地革新飓风监测和预测多年。”

国家科学基金会,海军研究办公室,美国宇航局和Funai信息技术基金会支持这项研究。

来源:美国宾州州立大学NSF