科学日报(2011年4月27日)——来自美国航天局和其他组织的科学家正在进行一项任务,这项任务就是解开为什么一些团云可以产生丰富的雨水量这一谜团。现在正在执行的项目是飞机在云团之中装载着设备,与此同时科学家在地面上进行着降雨的测量工作。
在美国,这一项目提供飞机、航天器、遥感和地面传感器的使用来进行降雨的最全面的观察。
2011年的四月到六月期间,对流云是美国航天局关注的焦点。对流云在温暖、湿润的空气上升时形成,在高海拔地区凝结。积云和积雨云(雷雨云)属于对流云。
4月22日,来自美国航天局和美国能源部(DOE)的科学家们进行了一个星期之久的实地活动,以了解云系产生的大量降雨时的内部运作。该场运动,称为中纬度大陆流云实验(MC3E),将从美国能源部的南部大平原近庞卡城址中央俄克拉荷马开始一直持续到6月。因为是四月到六月是俄克拉荷马州天气恶劣的时候,因此可以提供大量对流云研究。
“由于降水量对我们生存就有重要的影响,因此我们很自然的会想知道在任何地点和时间会有多少降水,”领导美国航天航空局这一项目部分任务的,阿拉巴马州亨茨维尔地区的美国航天局马歇尔太空飞行中心科学家彼得森·沃尔特说,“我们的目标是观察和衡量整个降水过程,即从靠近两端的降雨云冰面到在地面上的这一过程。”
科学家说,这项运动的范围是前所未有的。它收集了来自地面上和在各种高度飞行器上安装的仪器所采集的数据。这样,研究人员可同时借助美国航天局使用的ER-2飞机来从高空观测云层,同时也可以观察在降雨云层中较低高度的云的大小、类型和形状。与此同时,地面雷达和影像网络同步分析降水量。
从各种卫星获得的数据也被MC3E所用。美国宇航局的Cloud Sat、CALIPSO、水族和热带降雨测量使命(TRMM)卫星同样也提供数据给实地观测项目。NOAA通过GOES和极地轨道卫星来提供数据。
彼得森说,MC3E的目标是,更精确的对卫星模拟器(ER-2)下大气整列的采样,并确认所有飞机和地面测量设备可以记录降水的一个连续的图。
对流云在热带地区最为常见。对流云系统高纬度地区也很常见,包括俄克拉荷马。常呈现泡芙、土丘、或高耸的云层状。可以从最低为1000英尺到50,000英尺范围内都会出现。在这些云层中,大量的水蒸汽被冷却凝结成水滴,最后以降水的形式降落。
“对流云过程在我们的日常生活中的扮演着重要的角色,”领导MC3E项目能源部分的气象学家迈克尔延森补充说,“为了代表大气计算机模型系统中的云系统,我们需要了解为什么这些云会形成,它们在哪形成,它们如何成长和萎缩,是什么因素控制着来自它们的雨水。MC3E将会提供这些问题的答案。”
科学家们将利用这些数据通过从作为2013发射的全球降水测量(GPM)卫星一部分的卫星网络来获得更准确的降雨信息,从而推进技术的进步。GPM是指美国航天局和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的国际伙伴关系,与许多国家的空间机构的协调领导相结合,将使用更精密的仪器来测量整个全球的降雨量和雪覆盖。它建立在美国航天局JAXA的TRMM卫星的成功观测基础上,给科学家们提供世界热带地区范围内每天的降雨强度。
“我们对于将卫星观测与降落到地面上的降雨之间联系的能力,要求有地面上大气柱的详细知识,”位于美国马里兰州美国航天局戈达德太空飞行中心的GPM的项目科学家亚瑟侯说,“这就是为什么在像MC3E这样的野外项目活动中所收集的数据,对于在卫星预发射阶段算法的重新调整至关重要。”
“这项活动的最终目标是收集数据集,使我们能够建立一套最佳的方法,以从GPM卫星轨道来估计地球上某一点的降水量,” 彼得森解释。这将提高今后卫星仪器,包括那些在安装在GPM上仪器的精度。
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