为解决大洋上大气和海洋观测资料不足的问题,国际上有两个发展趋势。一是提高卫星遥感能力,发射多颗携带新型遥感器的卫星,应用多波段和主被动结合等技术改进气象和海洋卫星的遥感能力,同时发展卫星资料同化技术与模式。二是针对重点区域和特定天气海洋现象或科学研究目标,开展加强观测。
中国是海洋大国,海岸线漫长,沿海经济发达,临近大陆和岛屿的海域辽阔,蕴藏着丰富的资源;海上交通运输、渔业养殖、油气开采、科学研究、旅游和*事等活动日益频繁。然而,中国沿海地区以及濒临海域的气象条件和环境复杂,气候多变,经常发生海洋气象灾害,如大风、暴雨、大雾和海上强对流天气等。海上尤其是外海气象资料的缺乏,是造成对这些高影响天气生消演变科学认识不足及难以准确预报的主要原因之一。
以在卫星云图上极其壮观的台风天气为例,每年夏季来临的台风带来了降水和清凉,但台风又是极具破坏力的天气系统,其伴随的强风和暴雨经常造成严重的人员和财产损失。目前,对海上台风(飓风)生成的基本条件及演变规律已有一些认识,静止气象卫星能够监测和跟踪全球全部台风和热带气旋。但是,对热带气旋的生成、增强与变向运动的预报水平还很低,对其伴随的大风与强降水预报的不确定性很高。其主要原因之一是现阶段非常缺乏热带风暴、气旋和台风内外(尤其是内部)动力和热动力三维结构的详细直接观测资料;热带气旋(TCs)和台风强风浪条件下的海-气交换量的测量十分困难,需要开发先进的观测技术。
除了热带气旋和台风外,其他一些海洋灾害性天气(如海上大风、大雾和海上强对流天气等)的原位观测资料也很缺乏。中国对厄尔尼诺(ElNino)、西太平洋暖池、赤道辐合带以及印度洋和南海季风等重大海洋和大气现象的第一手监测资料严重不足。这种状况不仅限制了海洋-大气相互作用、台风生成与发展机理以及气候变化等研究的深入开展,而且极大地阻碍了海洋气象和水文环境预报能力的提高。要尽快改变这种状况,急需加强海上气象水文观测装备的部署与组网,发展海洋大气观测的新方法和新技术。为此,本文对国内外现有海洋气象观测技术进行综述回顾和展望。
海洋气象观测技术现状
为了增加对海上天气系统,尤其是灾害性天气系统生成与演变规律的科学认识,提高海上和沿海地区气象预报的准确率以及防灾减灾的能力,需要多种观测平台和多种观测技术提供海上气象要素信息。这些平台和技术包括卫星遥感、岛屿地面气象站与气象探空站网、油气平台和船舶自动气象站、海上锚定浮标、漂流浮标、有人驾驶飞机下投探空、岸基多普勒天气雷达等。
卫星遥感
由中国、美国、欧洲和日本等发射的多颗地球静止和极轨气象卫星,已形成了覆盖全球的气象遥感星座。静止卫星主要提供空间分辨率约1km和时间间隔约5~30min的可见光、红外和水汽通道云图;极轨卫星提供更高空间分辨率的云图及其他遥感产品,如海表温度(SST)、气溶胶光学厚度(AOD)等,进行大气温度和水汽廓线的红外与微波遥感。海洋卫星上的一些传感器(如散射计、合成孔径雷达、高度计和微波辐射计)已成为海上风场监测的重要技术手段,获取的资料在海上强天气的监测与数值模式中得到了应用。过去20年来发射的各类地球观测研究卫星(如EOS/A-Train系列卫星和全球降水任务卫星GPM等),提供了大量更高空间分辨率的气象产品数据。这些气象、海洋和地球观测卫星都有专门网站介绍,其产品数据大都可以共享下载,多国不定期公布其气象卫星发展规划,如世界气象组织(WMO)关于空间项目的专门网页: