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“5•12防灾减灾日”——防灾减灾从我做起专家意见

张兴赢:让“天空之眼”更犀利

www.guangzhou.gov.cn2013年5月16日 15:55:24来源: 光明网

  以前人们说起气象卫星的作用,最爱打的比方是“在天上给地球拍照片”;说起卫星气象服务产品,通俗解释就是“看图说话”。但是现在,随着科学技术的发展,卫星不仅可以获取地球表面和大气中较大目标的影像,还可以实现对人们肉眼所观测不到的大气中的某些物质进行定量探测,例如霾的监测。
  卫星监测霾取得质的飞跃
  今年1月份,京津冀地区出现5次强霾污染过程。面对如此严重的霾天气过程,如何通过对霾的监测,及时提供霾的污染程度和影响范围,最大限度减少对人们健康和安全的影响,迫在眉睫。“常规的卫星气溶胶监测是用可见光的原理,只能得到无云晴空的气溶胶光学厚度,不仅对亮地表无法探测,而且在有云和大量雾的地方,就得不出可靠的观测结果。而在霾发生的时候,通常伴随着大量的云和水汽,因此可见光的气溶胶探测基本上发挥不了监测的作用。”
  张兴赢和同事基于此前的科研积累,利用“风云三号”气象卫星的臭氧探测仪的观测数据,利用紫外光波段的特性来开展对霾污染的监测。因为紫外光波段对吸收性气溶胶有很好的指示作用,而对云和水汽不敏感,也不受亮地表的影响。所谓的吸收性气溶胶,主要就是在紫外波段有强烈吸收信号的大气化学物质,通常是指沙尘气溶胶和碳质气溶胶。而碳质气溶胶正好是霾的很重要的组成成分,因此利用紫外光遥感监测就可以实现对霾天气过程的监测。
  目前,“风云三号”卫星每天都在进行霾的监测,从今年1月开始,卫星气象研究所每天都通过人机交互的方式,利用“风云三号”气象卫星生成一张监测图,上面显示着当天9时至10时卫星过境观测期间全中国霾的分布状况。
  卫星监测霾不可或缺
  以前,“霾”很少单独出现在气象服务文本中。随着专业机构和公众对霾的认识日益加深,并越来越关注霾的危害,霾必须走到台前,让人们重新审视。1月28日,中国气象局预报与网络司向社会发布了重新修订后的霾预警信号标准,并首次发布霾预警。
  在传统业务规范里,能见度小于10公里,排除降水、沙尘暴、扬沙、浮尘、烟幕、吹雪、雪暴等天气现象造成的视程障碍,相对湿度小于80%,判识为霾;相对湿度80%至90%时,按照地面气象观测规范规定的描述或大气成分指标进一步判识。但在实际发生过程中,雾霾两者有交叉,还可能相互转换。在观测和预报业务中,对雾和霾进行区分很重要,可以更有针对性地提示危害范围和保护措施,对霾的防治也很有帮助。
  “实际观测的时候,湿度在80%到90%时候,是雾还是霾太难判断了,混在一起。比如早上湿度大的时候,就比中午难判断。”中央气象台预报室张恒德博士说,“我们现在做霾预报,要根据相对湿度、能见度、PM2.5浓度值及其他要素再判断霾的落区。不像降水、气温这些很成熟的预报业务有足够多的数据和预报模式的支撑。”
  目前,我国能直接观测和分析大气成分的气象站还很少,多数观测站判断雾霾还是靠相对湿度这个硬指标。“雾、霾预报的最大区别是霾预报要综合考虑气象要素和环境要素,而雾主要考虑气象要素。用预报雾的传统方法预报霾肯定不行,要有霾的预报客观方法和数值模式才行。” 张恒德介绍说,“我们必须基于统计的结果才能做一个霾预报的模型。但现在可统计的样本太少。”
  “如果卫星能把霾的实况做成动态产品,我们就能知道它将要往哪里传输,正在集中还是正在消散。”张恒德介绍说。
  为应对气候变化提供科技支撑
  这些新的卫星应用技术不仅能帮助提升霾的预报、预警质量,还拓宽了卫星的应用领域。张兴赢说:“气候变化最关心的就是温室气体。目前,我们正在规划中的‘风云三号’气象卫星正在开展温室气体探测载荷和探测技术的攻关,预期在‘风云三号D’星上开展主要温室气体的全球探测。另外在国家高分辨率对地观测专项中,气象局作为主要用户推动了一颗卫星的研制,该卫星名叫‘高分五号’卫星,上面也将搭载探测温室气体的试验仪器。”
  “今后的卫星可以做到定量探测,不再只是看到一个影像。像大气中的二氧化氮、二氧化硫这些对人体有害的物质,也可以通过卫星监测到它们在大气中的含量。”张兴赢说。
  “对于气候变化来说,气象卫星可以发挥重要的作用。因为气候变化是全球性的,全球站点观测数据质量的均一性很大程度地限制了对全球尺度气候变化的深入认知,而卫星遥感则可以实现全球的统一观测。”张兴赢认为卫星可以与地面观测站形成很好的互补关系。
  “例如霾天气过程是一个大范围的天气发生和传输过程。常规的地面观测站点在空间覆盖上是有限的,而卫星监测可以实现大面积的无缝隙的数据覆盖。同时,紫外气溶胶直接指示的是霾中碳质成分浓度的高低,因此可以很好地监测大气中碳质成分的变化,对于霾的防治有很重要的意义。”
  受城市建设影响,很多地面观测站不得不进行迁移,数据的连续性受到很大影响。而卫星监测恰恰不受地面环境变化的影响,数据有持续性、均一性的特点。

(编辑: 李子 )

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