【技术创新】通过闪电观测提高风暴预报水平

2016年11月17日

　　人类一直受到闪电的惊扰并为之着迷。2016年11月，美国国家航空航天局（NASA）计划发射一颗新卫星（译者注：截止编译日，已成功发射），该星将首次对全球北美地区闪电现象提供不间断、高科技观测。

　　美国华盛顿大学（UW）研究人员10多年来一直开展从地面跟踪全球闪电的科研工作。闪电不仅涉及到公共安全，而且闪电数据最近也被引入天气预测工作，UW一项新研究展示了在风暴预报中应用闪电数据的方法。

　　UW地球和空间科学系教授、论文联合作者Robert Holzworth表示，当看到很多闪电发生的时候，就会知道那里正产生最强对流，或热驱动的上升气流，这就是风暴最强烈的位置。几乎所有的闪电都出现在含有冰的云中，因为那里存在一股强上升气流。

　　近期在美国气象学会的《大气与海洋技术》期刊上发表的论文，提出了一种将闪电数据转变成相关天气信息的新方法。美国国家气象局开始在最复杂的预报中使用闪电信息。该方法很普通，可以广泛应用于世界各地的各类预报系统中。

　　论文作者通过2个案例进行方法测试：2012夏天席卷美国的德雷科风暴系统和2013年在美国中西部地区导致多人死亡的龙卷风。

　　论文第一作者，UW毕业的研究生，目前就职于天气公司（The Weather Company）的Ken Dixon指出，利用闪电数据校正空气湿度数据足以明显地提高强降雨、大风及风暴事件的短期预报能力。他的简易方法也许可能为几乎没有地面观测的世界部分地区提升中期（超过几天的时间尺度）预报水平。

　　该研究项目使用基于UW开发的世界闪电定位网数据，该网的全球闪电数据可追溯到2004年。Holzworth主任是一位关注大气外层空间变化的等离子体物理学家。此外，该网的数据也面向商业和政府机构销售，并和UW以及其他地区的科学家们开展科研合作。

　　多年前，Holzworth与UW气象科学系同事们一道利用闪电提高预报强对流风暴，那些生成雷暴和龙卷风的大风暴。

　　除了地面站外，天气预报极大地依靠气象卫星信息启动或“初始化”天气预测数值模型，这是现代天气预测手段的基础。

　　在没有地面站的地区，会缺失准确、实时的空气湿度、温度和风速的内容信息。

　　论文联合作者，UW气象学教授Cliff Mass指出，比起几乎所有其他天气现象，研究人员最缺少雷暴的技术。该论文显示出研究闪电信息的可能。研究结果显示出闪电数据对于提高高分辨率雷暴和强对流天气预报水平方面具有潜能。新方法对于预报没有地面仪器的海上风暴有帮助。Mass提到,更好地了解强闪电热带海洋风暴可以提高对远离赤道地区的天气预报水平，因为全球许多天气系统的形成源自热带地区。

　　该研究项目由美国国家航空航天局（NASA）和美国国家海洋与大气管理局（NOAA）资助。UW气象学教授Greg Hakim是另一位论文联合作者。

　　世界闪电定位网络始建于2003年，设有25个监测站点。现在，在全球的大学或政府研究机构中设置了大约80个主站点，覆盖范围包括从芬兰到南极地区。

　　最新关于分析闪电如何出现的观点认为，是对流云内冰粒子分离成较轻或较重的块，导致云内带电区域的形成。如果强上升气流的风使高度分离到足够大，就会产生电流抵消电荷的差异。

　　一道闪电产生的电磁脉冲可以在几分之一秒内覆盖全球1/4地区。通过每个闪电网络监测点8到12英尺（2.5米到3.6米）的10千赫频率主机天线，发送信息至每台联网笔记本电脑的声卡上。当5个或以上站点记录到1次脉冲的时候，UW的计算机进行1次闪电登记，然后对不同站点的到达时间进行三角测量确定闪电发生准确位置。

　　该网络在线地图在谷歌地球（Google Earth）上显示最近30分钟的闪电情况。另一个显示方式，是在NASA云图上显示世界不同地区近40分钟的闪电情况，每30分钟进行卫星数据更新。该项目是运行时间最长的实时全球闪电位置监测网络，由全球科研团体共同操作。

　　闪电每年造成数百人死亡。此威胁也许正在增长—近期研究预估，气候变化将导致闪电发生的更为频繁。

　　Holzworth表示，直到研究人员获取了更多数据，评审委员会才能关注这种长期变化。值得注意的是，研究人员发现了在人们没有预期到的一些地方发生闪电，这是一个致命的问题。

　　NASA发射的GOES-R卫星，是首颗搭载1个连续监测闪电脉冲仪器的地球同步卫星。Holzworth将帮助进行新仪器校准工作，对照网络数据，使用亮度确定闪电。作为一项闪电观测的潜在应用项目，NASA对该研究项目给予资助。

　　Holzworth指出，GOES-R将为北美和南美地区提供更为精准、完整的闪电观测结果，这将对全球数据进行补充。各闪电研究团体对此次卫星发射翘首以盼。不管是作为一种灾害，还是作为一个预报工具，它对提升了解闪电都具有潜能。

　　原文题目：How lightning strikes can improve storm forecasts

　　资料来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2016/11/161111094820.htm

　　（王化编译，殷永元审核）