红外探测器追踪“哈维”飓风移动过程
“哈维”飓风肆虐休斯顿期间,NASA使用卫星光谱仪测量其云顶温度。
该设备即NASA的大气红外探测仪(AIRS),2002年作为“Aqua”卫星的有效载荷开始使用。除此以外,AIRS还能用于测量云顶的温度,温度降低则表示狂风暴雨即将来临。
追踪“哈维”飓风的演变
从AIRS中获取的8月23日、25日及28日拍摄的三张图像序列清晰地显示了“哈维”飓风从墨西哥湾形成后到停留在德克萨斯州东南部的演变。
NASA的大气红外探测仪于8月23日在墨西哥湾捕捉到这幅图像。图像显示出高空云随着“哈维”飓风的形成而出现。图像来源:NASA喷气推进实验室。
8月25日,“哈维”飓风已演变成4级飓风,且即将到达德克萨斯州海岸线。图片中显示了具有螺旋旋涡特征的高空暴风云。图像来源:NASA喷气推进实验室。
8月28日,“哈维”飓风为休斯顿及其周边地区带来了超强降雨,侵袭德克萨斯州及其临近地区的暴风云已在图片中清晰显示。红外探测仪收集的数据是美国和欧洲气象预报员使用的天气模型中的关键部分。图像来源:NASA喷气推进实验室。
AIRS由NASA喷气推进实验室的洛克希德马丁红外成像系统(LMIRIS,现为BAE系统公司)构建,基于多孔径阵列光栅光谱仪,可在3.7 µm 至15.4 µm的波长范围内提供高光谱分辨率数据。
设备硬件中最关键的部分之一是具有2378个单光谱通道的汞碲化镉(MCT)焦平面,以确保准确探测所需的高光谱保真度。
NASA喷气推进实验室表示,AIRS的光谱分辨率是过去红外探测仪的100倍,它能够提供更为准确的大气温度和湿度的垂直剖面信息。而过去的红外探测器仅能探测15个不同的红外波长。
AIRS是Aqua卫星上的六台地球观测设备之一,通常与先进的微波探测装置(AMSU-A)协同工作,以观测全球水循环和能量循环、气候变化以及全球气候系统对温室气体浓度变化的反应趋势。
水蒸气与气候变化的关系
尽管二氧化碳和甲烷在温室气体讨论中常常占据新闻头条,但NASA指出,实际上水蒸气才是地球大气中最主要的温室气体。
NASA解释道:“水蒸气大约占全球温室气体的60%,远远超出二氧化碳、甲烷、臭氧以及其他温室气体增加的总和。”
“先进的AIRS系统成为迄今为止最先进的水蒸气传感器。”除了有助于预测和跟踪风暴和飓风的移动外,其收集的数据也能够用于改善气候模型。
NASA于2005年的报告中提到,将AIRS收集的实验性的数据纳入数字天气预报模型使6天的天气预报准确性提高了约6个小时。
因此,这些数据已经正式被纳入美国国家和欧洲天气预报模型,并由国家海洋和大气管理局(NOAA)的官员进行鉴定,这是近年来天气预报中最重要的改进。
提高预测准确率
今年年初,NASA与现任科技小组领导人Joao Teixeira在AIRS成立15周年纪念大会中表示:
“欧洲中等天气预报中心研究表明,在大多数情况下,AIRS能够将预测误差减少10%以上,这是2000年以来所有单独卫星设备中最大的改进。”
近年来,AIRS对地球表面附近相对湿度进行监测,在其他仪器或数据做出预测之前指出近两月内将有干旱发生,并证实了气候变暖将产生进一步的正反馈循环,即大气中的水蒸气量增加。
AIRS是已于2011年去世的原NASA科学家Moustafa Chahine的心血,原本预期能够运作5年。现如今已是其运行的第16年,且仍在继续运行中。AIRS预计能够在2022年之前持续向天气预报员和气候科学家提供关键数据,直至Aqua卫星燃料耗尽。
来源: http://optics.org/news/8/8/50
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