編者按：今年5月27日，中國氣象局印發(fā)《強(qiáng)對流、臺風(fēng)等協(xié)同觀測試點(diǎn)工作方案（2024—2025年）》（以下簡稱《方案》），提出將面向強(qiáng)對流、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警服務(wù)需求，靶向精準(zhǔn)施策，構(gòu)建多源觀測設(shè)備協(xié)同新示范，提升精密監(jiān)測基礎(chǔ)支撐能力。

入汛以來，相關(guān)試點(diǎn)工作已投入業(yè)務(wù)一線。在今年第3號臺風(fēng)“格美”、第4號臺風(fēng)“派比安”影響我國期間，氣象部門充分發(fā)揮風(fēng)云衛(wèi)星、天氣雷達(dá)、北斗探空、大型無人機(jī)、浮標(biāo)等在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的“瞭望哨”作用，開展海洋臺風(fēng)協(xié)同觀測試驗(yàn)。

各類觀測手段分別有哪些優(yōu)勢？它們對提升災(zāi)害性天氣監(jiān)測預(yù)警服務(wù)又有哪些作用？本文帶你一探究竟。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星：多項(xiàng)“絕技”精準(zhǔn)把脈臺風(fēng)動向

專家：國家衛(wèi)星氣象中心首席 蔣建瑩

在今年第3號臺風(fēng)“格美”進(jìn)入警戒區(qū)前，7月24日，國家衛(wèi)星氣象中心（國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心）（以下簡稱“衛(wèi)星中心”）第一時間啟動風(fēng)云四號B星快速成像儀和探測儀加密觀測，密切監(jiān)視臺風(fēng)變化。

風(fēng)云氣象衛(wèi)星為何能“看”到臺風(fēng)，且精準(zhǔn)“把脈”臺風(fēng)動向？

氣象衛(wèi)星搭載的掃描輻射計(jì)、高分辨率成像儀、微波濕度計(jì)等儀器能及時接收臺風(fēng)中云、雨反射或發(fā)射出的電磁波，臺風(fēng)內(nèi)云層和雨滴會因溫度差異輻射不同波段的電磁波。“發(fā)射或反射的電磁波被氣象衛(wèi)星接收后，根據(jù)接收電磁波的不同特征，再經(jīng)過遙感技術(shù)處理，就能推演出臺風(fēng)的輪廓和形態(tài)，對臺風(fēng)的位置、大小、強(qiáng)度、移動方向等進(jìn)行精密監(jiān)測。”蔣建瑩說。

目前，風(fēng)云氣象衛(wèi)星已形成極軌、靜止兩個系列化、業(yè)務(wù)化的綜合觀測系統(tǒng)。靜止氣象衛(wèi)星（如風(fēng)云四號系列衛(wèi)星等）相對地球靜止不動，能夠針對臺風(fēng)、強(qiáng)對流等災(zāi)害性和高影響天氣區(qū)域持續(xù)進(jìn)行高頻次觀測，提供及時、準(zhǔn)確的觀測數(shù)據(jù)，在臺風(fēng)“格美”發(fā)展過程中，風(fēng)云四號B星提供了對流追蹤、水汽動畫等產(chǎn)品，對于臺風(fēng)的移動方向和強(qiáng)度變化進(jìn)行連續(xù)追蹤，為數(shù)值預(yù)報(bào)同化和預(yù)報(bào)員天氣分析提供了數(shù)據(jù)支撐。

此外，通過風(fēng)云三號黎明、上午、下午與傾斜軌道多星聯(lián)合組網(wǎng)觀測，能清晰透視臺風(fēng)的內(nèi)部三維立體結(jié)構(gòu)，捕捉到臺風(fēng)的全貌及其演變過程。針對“格美”，衛(wèi)星中心還綜合利用風(fēng)云三號G星降水雷達(dá)三維反射率及降水率等產(chǎn)品，監(jiān)測其發(fā)展變化，有力支撐了預(yù)報(bào)員對天氣的研判。（林禹彤）

多波段天氣雷達(dá)組網(wǎng)：讓“望遠(yuǎn)鏡”與“顯微鏡”優(yōu)勢互補(bǔ)

專家：中國氣象局氣象探測中心工程師 李璐

在“捕捉”今年第3號臺風(fēng)“格美”期間，福建、江西等地利用新一代天氣雷達(dá)和X波段天氣雷達(dá)開展組網(wǎng)觀測，表現(xiàn)優(yōu)異。

“多波段雷達(dá)組網(wǎng)觀測，如同‘天氣偵察團(tuán)’，集合了新一代天氣雷達(dá)的寬廣視野和X波段天氣雷達(dá)的細(xì)致入微，構(gòu)建出一張覆蓋廣闊、層次分明的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。”李璐介紹，不僅能夠利用新一代天氣雷達(dá)持續(xù)監(jiān)測臺風(fēng)在初生、發(fā)展、登陸過程中的路徑、強(qiáng)度、移動速度等整體結(jié)構(gòu)變化，還能通過高分辨率的X波段雷達(dá)開展低層補(bǔ)盲和數(shù)據(jù)融合，獲取臺風(fēng)裹挾的對流單體的精細(xì)化結(jié)構(gòu)。

根據(jù)波段不同，天氣雷達(dá)分為S波段、C波段和X波段天氣雷達(dá)。S、C波段天氣雷達(dá)覆蓋范圍廣，適合監(jiān)測大范圍區(qū)域性天氣過程，捕捉臺風(fēng)的整體移動趨勢和強(qiáng)度變化；X波段天氣雷達(dá)分辨率高，擅長探測低空和近距離的天氣過程，能實(shí)現(xiàn)局地對流精細(xì)化探測和重點(diǎn)目標(biāo)跟蹤掃描，有效監(jiān)測臺風(fēng)眼、螺旋雨帶等細(xì)微特征。因此，通過不同類型天氣雷達(dá)的相互配合、互補(bǔ)，可全面監(jiān)測臺風(fēng)動態(tài)發(fā)展。

臺風(fēng)螺旋雨帶中常常伴隨雷暴大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣，為進(jìn)一步提升多波段雷達(dá)協(xié)同觀測的效益，近年來中國氣象局氣象探測中心牽頭研究多波段天氣雷達(dá)觀測技術(shù)。根據(jù)新一代天氣雷達(dá)組網(wǎng)識別到的強(qiáng)對流單體位置、強(qiáng)度及移動速度等特征參數(shù)，自適應(yīng)生成每部雷達(dá)的觀測策略，智能調(diào)度X波段雷達(dá)精細(xì)化跟蹤掃描。多波段雷達(dá)通過執(zhí)行與天氣過程相適應(yīng)的目標(biāo)高適配的掃描模式，可以更快速、更完整獲取臺風(fēng)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過相互合作對臺風(fēng)風(fēng)圈中分布的高致災(zāi)對流單體開展智能連續(xù)的垂直掃描（RHI）跟蹤監(jiān)測，以更高地時空分辨率頻次“看清”高精細(xì)度的臺風(fēng)強(qiáng)對流等天氣過程的垂直結(jié)構(gòu)。多波段雷達(dá)協(xié)同觀測的應(yīng)用可以在現(xiàn)有雷達(dá)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的觀測資源，“多層級雷達(dá)協(xié)同聯(lián)動，可實(shí)現(xiàn)針對臺風(fēng)的實(shí)時監(jiān)測快速響應(yīng)。”李璐說。（羅瀾）

北斗往返平漂觀測：飛升3萬米給大氣“做CT”

專家：中國氣象局氣象探測中心基地室主任 趙培濤

針對今年第3號臺風(fēng)“格美”，7月25日—26日，福建福州、浙江洪家探空站施放探空氣球，利用北斗探空系統(tǒng)開展針對臺風(fēng)本體及外圍云系、風(fēng)場的觀測，獲得臺風(fēng)影響區(qū)域內(nèi)多階段探空觀測數(shù)據(jù)，及時掌握了臺風(fēng)登陸后的發(fā)展變化特性。

“北斗探空觀測系統(tǒng)具備往返、平漂探測功能，這一技術(shù)可根據(jù)臺風(fēng)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)服務(wù)需求，采取發(fā)射探空儀降落指令方式，讓探空儀在特定目標(biāo)觀測區(qū)域內(nèi)自動降落，為臺風(fēng)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)提供豐富的、有針對性的觀測數(shù)據(jù)，并實(shí)時傳輸?shù)絿覛庀笮畔⒅行?，及時應(yīng)用到數(shù)值模式、智能預(yù)警預(yù)報(bào)模型等系統(tǒng)。”趙培濤說。

觀測是預(yù)報(bào)和服務(wù)的基礎(chǔ)。探空觀測可為數(shù)值模式、氣象預(yù)測預(yù)報(bào)和服務(wù)提供連續(xù)可靠的溫度場、濕度場、氣壓場等直接觀測資料，具有準(zhǔn)確性高、分辨率高的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有每天兩次獲取的探空資料其時空分辨率已難以滿足預(yù)報(bào)和服務(wù)要求。當(dāng)遇到極端天氣時，需加密觀測，盡可能捕捉更多歷時短、驟發(fā)性強(qiáng)的強(qiáng)對流災(zāi)害性天氣數(shù)據(jù)。

北斗往返平漂觀測應(yīng)運(yùn)而生。

相較于L波段探空系統(tǒng)的1次放球獲取1次大氣廓線觀測數(shù)據(jù)，北斗探空系統(tǒng)采用自主北斗導(dǎo)航定位技術(shù)，創(chuàng)新性提出內(nèi)外兩個探空氣球嵌套的模式，開展“上升一平漂-下降”三段式探空觀測，實(shí)現(xiàn)1次放球獲取2次大氣廓線觀測數(shù)據(jù)和4小時以上的平流層觀測數(shù)據(jù)，并采用基于地-空物聯(lián)網(wǎng)的“云+端”數(shù)據(jù)傳輸模式，實(shí)現(xiàn)探空觀測預(yù)報(bào)互動。

據(jù)了解，2022年8月起，中國氣象局組織開展廣東北斗探空系統(tǒng)組網(wǎng)觀測示范業(yè)務(wù)化試運(yùn)行。在試運(yùn)行期間，數(shù)值預(yù)報(bào)中心同化北斗探空觀測數(shù)據(jù)后，2022年第9號臺風(fēng)“馬鞍”路徑預(yù)報(bào)中心最低氣壓誤差減小1%，最大風(fēng)速誤差減小5.2%。

2024年1月1日，廣東省氣象探空業(yè)務(wù)正式實(shí)現(xiàn)北斗探空業(yè)務(wù)切換。截至目前，氣象部門已多次應(yīng)用北斗平漂探空技術(shù)有效監(jiān)測災(zāi)害性天氣系統(tǒng)演變、對流條件以及臺風(fēng)結(jié)構(gòu)。（劉倩）

大型無人機(jī)：穿越臺風(fēng)“刻畫”細(xì)節(jié)

專家：中國氣象局氣象探測中心工程師 孫夏

7月21日，在今年第4號臺風(fēng)“派比安”影響期間，我國“海燕”Ⅰ型無人機(jī)在既定的時間、地點(diǎn)精準(zhǔn)投放8枚探空儀，記錄下不同高度的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓等數(shù)據(jù)，更立體地觀測到“派比安”的三維結(jié)構(gòu)。

在針對臺風(fēng)展開監(jiān)測時，如臺風(fēng)中心距離我國較遠(yuǎn)、缺少直接原位觀測手段時，主要借助氣象衛(wèi)星提供臺風(fēng)云圖成像及動力結(jié)構(gòu)遙感觀測；當(dāng)臺風(fēng)接近時，主要通過天氣雷達(dá)、探空及地面（海島）自動站觀測獲取臺風(fēng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。高空大型無人機(jī)則可直抵氣旋內(nèi)部獲取更“直接”的觀測資料，與氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)等共同構(gòu)成臺風(fēng)綜合立體監(jiān)測網(wǎng)，從而提高臺風(fēng)路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度。

“‘海燕’Ⅰ型無人機(jī)具有機(jī)動性強(qiáng)、速度快、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，可在臺風(fēng)登陸的關(guān)鍵期直抵臺風(fēng)觀測敏感區(qū)、風(fēng)暴外圍云系甚至風(fēng)暴中心，在不同高度層開展現(xiàn)場‘貼身’觀測，探測周圍的大氣基本要素、風(fēng)力結(jié)構(gòu)等，為臺風(fēng)路徑預(yù)報(bào)等提供研判支撐。”孫夏介紹。

同時，“海燕”Ⅰ型無人機(jī)可攜帶機(jī)載下投探空系統(tǒng)、機(jī)載毫米波測云雷達(dá)以及機(jī)載溫濕廓線儀等設(shè)備，探測獲取到萬米高空至地面的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、氣壓等要素的高分辨率垂直廓線，云粒子反射率因子、徑向速度及速度譜寬等云物理參量，精準(zhǔn)“刻畫”臺風(fēng)精細(xì)化結(jié)構(gòu)特征，把握臺風(fēng)發(fā)展演變。

在觀測過程中，無人機(jī)觀測數(shù)據(jù)通過衛(wèi)通鏈路傳輸至地面指揮站并同步至機(jī)動觀測作業(yè)指揮平臺，實(shí)現(xiàn)資料實(shí)時回傳及質(zhì)控，確保第一時間開展機(jī)動觀測數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。通過前期在最優(yōu)敏感區(qū)域進(jìn)行探空作業(yè)，獲取臺風(fēng)觀測敏感區(qū)大氣垂直探測資料，再把這些資料應(yīng)用于數(shù)值預(yù)報(bào)模式，從而更好地應(yīng)用于預(yù)報(bào)服務(wù)。“這種‘預(yù)報(bào)—觀測—預(yù)報(bào)’的預(yù)報(bào)觀測遞進(jìn)式互動模式，充分提升模式對臺風(fēng)降水強(qiáng)度和路徑預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)度。”孫夏說。（羅瀾）

海上觀測設(shè)備：近海臺風(fēng)“偵察員”

專家：中國氣象局氣象探測中心正高級工程師 李肖霞

7月初，福建省氣象部門于臺風(fēng)“格美”來臨之前，在臺灣以東洋面布設(shè)了8套漂流型海-氣界面浮標(biāo)。海-氣界面浮標(biāo)是海洋表層觀測設(shè)備中的一種，能夠?qū)崟r獲取臺風(fēng)中心附近的風(fēng)向風(fēng)速、氣壓、氣溫、濕度、海表溫度以及水下100米范圍內(nèi)多層溫度、壓力和鹽度等信息，為預(yù)報(bào)臺風(fēng)“格美”強(qiáng)度和路徑提供了重要觀測依據(jù)。

在臺風(fēng)的追蹤探測中，氣象部門如何提前獲取海洋氣象信息呢？答案就在這些海上觀測設(shè)備中。

常用的海洋氣象觀測浮標(biāo)根據(jù)其錨鏈情況一般分為兩種，分別為錨碇型和漂流型。在臺風(fēng)靠近我國前，部署在我國沿海的海洋氣象錨碇浮標(biāo)起到了重要的前方“哨兵”作用。海洋氣象錨碇浮標(biāo)通過錨鏈錨在海上，加載著各種海洋氣象觀測設(shè)備，能夠穩(wěn)定、全天候連續(xù)監(jiān)測所在海域的海洋氣象要素。李肖霞介紹，這些要素包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、氣壓、相對濕度、海水溫度、鹽度、波高、波向、洋流等，都是臺風(fēng)發(fā)展過程中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，對臺風(fēng)分析和預(yù)報(bào)有重要作用。一方面，實(shí)時監(jiān)測風(fēng)速、風(fēng)向等氣象要素的變化，能有效提升過境臺風(fēng)定強(qiáng)定位的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率；另一方面，監(jiān)測海溫等海洋水文要素的變化，能為判斷臺風(fēng)的強(qiáng)度、路徑、風(fēng)雨影響范圍以及可能造成的災(zāi)害影響提供重要參考。

李肖霞表示，隨著我國海洋氣象觀測裝備研制技術(shù)整體進(jìn)步，漂流觀測儀等更多設(shè)備將投入業(yè)務(wù)應(yīng)用。漂流觀測儀可搭載多種氣象水文傳感器，能在海上關(guān)鍵點(diǎn)位對風(fēng)、氣壓、氣溫以及相關(guān)的海洋表層溫度、鹽度等要素進(jìn)行連續(xù)、穩(wěn)定、可靠的移動測量，是海-氣界面觀測的重要技術(shù)手段。（閆辰宇）

（文科、閆冬雪、李冬梅對本版策劃有貢獻(xiàn)）

（責(zé)任編輯：曹銳怡）