2017年5月18日

　　5月25日，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）資助的一項(xiàng)野外科學(xué)活動(dòng)在佛羅里達(dá)州進(jìn)行，這對(duì)提高氣象學(xué)家回答有關(guān)天氣一些最基本問題的能力產(chǎn)生積極影響，如：降雨地點(diǎn)、降雨時(shí)間和雨量等問題。

　　這項(xiàng)名為“對(duì)流過程實(shí)驗(yàn)（CPEX）”的活動(dòng)，是基于搭載NASA設(shè)計(jì)和開發(fā)的5個(gè)互補(bǔ)性研究?jī)x器的NASA DC-8機(jī)載實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行工作。這架飛機(jī)還將搭載一些稱為dropsondes的小型傳感器，這些傳感器在從飛機(jī)上墜落時(shí)進(jìn)行測(cè)量。這些儀器組合在一起工作時(shí)，將收集在飛機(jī)下方，在新對(duì)流云形成、云生長(zhǎng)和云衰減期間，空氣中的風(fēng)、溫度和濕度的詳細(xì)數(shù)據(jù)——對(duì)流云是由佛羅里達(dá)周圍的亞熱帶海域溫暖潮濕空氣形成。

　　美國(guó)鹽湖城猶他大學(xué)CPEX首席專家Ed Zipser指出，對(duì)流簡(jiǎn)單地說是一柱或一團(tuán)熱空氣上升。這種上升空氣可能成為暴風(fēng)雨的種子，在熱帶和亞熱帶地區(qū)，包括美國(guó)南部，對(duì)流是降水形成的最常見方式。對(duì)流云可以聯(lián)合起來形成一場(chǎng)大暴雨，甚至可以變成颶風(fēng)。

　　雖然對(duì)流是一個(gè)基本大氣過程，但是已經(jīng)證明對(duì)流形成的初始階段很難預(yù)測(cè)。加州帕薩迪納市NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）Bjorn Lambrigtsen是CPEX科學(xué)小組成員，他解釋了原因：熱帶的對(duì)流很快就會(huì)暴發(fā)。一場(chǎng)雷雨突然冒了出來，1小時(shí)左右的時(shí)間里就消失了。它們不是很大，通常不到10公里寬。即使恰好在正確的時(shí)間地點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，衛(wèi)星還是不能觀測(cè)到一個(gè)如此小的特征。要了解雷暴形成和生長(zhǎng)的原因，研究人員需要進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)。他們需要飛到風(fēng)暴所在的地方，仔細(xì)觀測(cè)其環(huán)境，同時(shí)測(cè)量風(fēng)暴的所有重要特征。

　　Zipser對(duì)云頂高于噴氣式飛機(jī)的深對(duì)流區(qū)域特別感興趣。他說，如果你看看夏威夷的度假海報(bào)，你會(huì)看到一片布滿小棉球的天空。那些云只有幾公里深，這些云可能會(huì)形成陣雨。熱帶地區(qū)的對(duì)流層達(dá)到14到15公里深，深對(duì)流云層的上半部分布滿了冰粒，而不是液滴。如果這些云層更有組織地變化，形成一個(gè)大系統(tǒng)，在陸地上移動(dòng)，你就可以預(yù)見一次大范圍的，差不多一天時(shí)間的強(qiáng)降雨?？蒲腥藛T需要知道深對(duì)流形成的時(shí)間和原因。

一個(gè)月，一架飛機(jī)，五種儀器

　　CPEX團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在6月份進(jìn)行10至16次飛行任務(wù)，總共飛行時(shí)間約為100個(gè)小時(shí)。他們希望記錄對(duì)流風(fēng)暴從新生到衰退的整個(gè)演變過程。無論在墨西哥灣、加勒比海還是大西洋西部，它們將向天氣似乎最有希望的方向飛行。最有趣的數(shù)據(jù)應(yīng)該是當(dāng)飛機(jī)能夠穿透深度而適中的對(duì)流，而不會(huì)受到閃電的威脅，從風(fēng)暴或風(fēng)暴系統(tǒng)中收集數(shù)據(jù)。

　　NASA的5種儀器首次作為同一組合進(jìn)行飛行：

　　？DAWN（多普勒氣溶膠風(fēng)激光雷達(dá)），是NASA地球科學(xué)工具箱中新增的一項(xiàng)工具，用來測(cè)量飛機(jī)下方的水平風(fēng)廓線。該儀器由弗吉尼亞州漢普頓NASA蘭利研究中心開發(fā)研制和操作。Lambrigtsen提及，與只從丟擲地點(diǎn)收集數(shù)據(jù)的dropsondes相比，DAWN在飛行路徑上收集了一系列連續(xù)數(shù)據(jù)。Lambrigtsen表示，這是了解熱帶對(duì)流的最重要的測(cè)量方法之一，在類似的傳感器和DAWN出現(xiàn)前，這種觀測(cè)是不可能的。

　??？APR-2第二代機(jī)載降水雷達(dá)，采用與美國(guó)國(guó)家氣象局（NAS）地面雷達(dá)相同的雙偏振、雙—多普勒技術(shù)，對(duì)風(fēng)暴降水和垂直運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。該雷達(dá)由JPL研發(fā)和運(yùn)行，對(duì)云中的雨或冰粒子進(jìn)行測(cè)量，揭示云結(jié)構(gòu)。

　?。縅PL的3個(gè)微波輻射計(jì)測(cè)量了Lambrigtsen所稱的“對(duì)流的面包和黃油”問題，即：溫度、水汽和云中的液體量：

　　HAMSR，高海拔MMIC（單片微波集成電路）探測(cè)輻射計(jì)；

　　MTHP，微波溫度和濕度分析器；

　　MASC，微波大氣探測(cè)儀，搭載于立方體衛(wèi)星。這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器將測(cè)試在立方體衛(wèi)星微小衛(wèi)星上開展微型微波輻射計(jì)工作的可能。JPL科學(xué)家將評(píng)估MASC在CPEX科學(xué)活動(dòng)的使用性能，推動(dòng)該太空儀器發(fā)展路徑。

　　DC-8飛機(jī)和機(jī)組人員駐扎在加州帕姆代爾NASA阿姆斯特朗飛行研究中心。

更好的認(rèn)識(shí)，改進(jìn)的模型

　　自20世紀(jì)60年代開始進(jìn)行這一研究生涯的Ed Zipser和其他人都知道，從實(shí)地研究中獲得良好數(shù)據(jù)可以增進(jìn)對(duì)大氣的了解，提高天氣和氣候模型的準(zhǔn)確性。他指出，研究人員從上世紀(jì)70年代就知道，一次成功預(yù)報(bào)的關(guān)鍵是能夠了解和診斷對(duì)流的作用問題。研究人員已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但沒有任何1種對(duì)流模型處理方法是完美的。他們需要進(jìn)行更好的觀測(cè)與認(rèn)知。CPEX提供了一個(gè)可以對(duì)對(duì)流及其演變問題進(jìn)行更多了解的難得機(jī)會(huì)。

　　原文題目：NASA's CPEX Tackles a Weather Fundamental

　　資料來源：https://www.nasa.gov/feature/jpl/nasas-cpex-tackles-a-weather-fundamental

　　（王化編譯，殷永元審核）