新演算法提升海陸強天氣預測能力

據《每日科學》8月26日消息稱，美國威斯康星大學麥迪遜分校氣象衛星合作研究所（CIMSS）的科學家們開發了一種新演算法，可有效提升強天氣事件的預測能力。

CIMSS科學家托尼?威默斯（Tony Wimmers）和克里斯?維爾登（Chris Velden）於10年前左右開始開發一種可提升衛星測量「可降水總量」（total precipitable water，TPW）能力的演算法。TPW即地表至大氣頂層濕空氣柱所含水汽總量。以往的演算法僅適用於海上，現在可測量陸地的TPW。預報員可藉助TPW獲知某一濕空氣柱中所含水汽有多少可能轉變成雨或雪，這對於預測和追蹤濕熱帶區域的熱帶氣旋等劇烈天氣事件至關重要。

2003年，托尼?威默斯和克里斯?維爾登就在尋求填補極軌衛星已經採集的TPW數據時間差的方法，極軌衛星大約每1至18小時就會採集大量數據信息。「我沒想到這個演算法最後能成功。」該項目，即形變集成微波成像儀――可降水總量（MIMIC-TPW）的主要研發者之一托尼?威默斯說道。

2007年，托尼?威默斯和克里斯?維爾登推出第一代MIMIC-TPW演算法，此後便用於分析熱帶天氣事件。

一些極軌衛星以錐形模式掃描地球並採集數據，因此，當其繞地球旋轉不斷改變位置時，返回的數據來自同一掃描角度。這就使得他們可以提供精確的測量數據，並與其他錐形掃描儀獲取的數據進行互校。但這也限制了TPW數據採集僅適用于海洋等均質面，而陸地由於地形高低起伏等地形變化很難進行這樣的數據採集。

「在海洋區域進行TPW數據採集十分快速，演算法簡單，但陸地就不一樣了。」 威默斯說道。這對於美國海軍研究實驗室以及對海洋天氣和熱帶氣旋預報感興趣的用戶殊已足夠，但威默斯和維爾登希望進一步解決陸地演算法問題。

2015年，機會終於來了。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）利用微波掃描衛星，即微波集成反演系統（Microwave Integrated Retrieval System，MIRS），在TPW數據反演上取得重大進步。由於總體解析度降低，微波掃描衛星可以覆蓋比錐形掃描衛星更廣的範圍。

MIRS是一個大氣反演系統，對海陸界面均適用，因此可提供陸地TPW數據。威默斯和維爾登對MIRS演算法進行了改進，並將新演算法稱作「形態合成」（morphological compositing）。該演算法擴大了MIMIC-TPW的覆蓋範圍，可提供全球海陸TPW數據。其所用數據來自美國軍方、NOAA、日本和歐洲衛星的7個微波儀器，並整合了美國國家天氣局全球預報系統（GFS）的風力數據，以確定水汽動向。

MIMIC-TPW新版本剛上線幾周，尚未完全投入業務應用，MIMIC-TPW 2.0可能將於2016年秋季左右投入業務應用。

（編譯：吳鵬）

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