觀雲測雨的全球降水觀測計劃GPM和雙頻降水觀測雷達DPR


21世紀被稱為“水的世紀”。水是地球上的重要資源,是反映地球環境特徵的重要因素,對我們人類的生活和經濟活動有很重要的影響。當今世界各地正面臨著水資源不足和洪水氾濫等許多涉及水的問題。此外,地球上的水循環因受全球變暖和氣候變化的影響,暴雨和乾旱等異常氣象越來越多。

解決這些問題需要我們正確把握淡水資源源頭的降雨,提高對異常氣象的預測水平和干預技術。
JAXA(日本宇宙航空研究開發機構)和NASA(美國航空航天局)共同開發的熱帶降雨觀測衛星“TRMM”是觀測熱帶降雨量用的,而全球降水量觀測計劃(GPM)則把觀測範圍擴大到了更高的地球緯度,以更高的精度和頻度觀測降水狀況。
GPM計劃是由搭載了雙頻降水觀測雷達(DPR:Dual-frequency Precipitation Radar)和微波發射器的GPM主衛星與搭載了由國內外有關機構開發的微波發射器和微波探測儀的副衛星群組成的觀測計劃。該計劃以JAXA和NASA為主,多國合作實施。
JAXA與信息通信研究機構(NICT)合作開發了搭載在GPM主衛星上的DPR。 GPM主衛星的主體以及搭載在其上的微波發射器是由NASA負責開發的。副衛星群採用了各合作國家籌劃的搭載了微波成像儀和微波探測儀的衛星數據。 GPM主衛星和副衛星群每隔一小時觀測一次全球的降水狀況。
主導GPM計劃的是日本自己開發的搭載在GPM主衛星上的雙頻降水觀測雷達(DPR)。 DPR 提供基準值用以校正GPM計劃中副衛星群的信息,提高其數據的精度,起到擴大全球降水觀測範圍和頻度的作用。
DPR採用兩束不同頻率的雷達電波對降水作三維觀測,無論是強降雨還是弱降雨都能正確地進行觀測。
使用DPR進行觀測能夠得到以往無法觀測得到的中高緯度溫帶氣旋區中包括弱降雨在內的整個降水數據。採用雷達波直接觀測積雨雲中的雨滴可以對積雨雲內部進行三維測量,獲得“積雨雲掃描”數據。
自然災害約有60%與洪水和暴風雨有關。聯合國教科文組織第2類機構中心土木研究所的國際洪水風險管理研究中心(ICHARM)對外公開的軟件工具洪水綜合分析系統(IFAS)可以利用衛星觀測數據合成的全球降水分佈圖以及地面觀測數據,計算出根據海拔高度等地形數據構建的河流模型的水流量。各地的氣象部門可以從分析結果中獲得當地預測降水所需的信息以及水情警報信息,向公眾發布疏散避難公告,提供有關信息。對全球降水量進行高精度觀察獲得的衛星數據是洪水預警系統中必不可少的。
衛星觀測從開始起,大約經過4小時後每隔1小時編制出降水分佈圖。根據GPM計劃編制的降水分佈圖其精度達到了前所未有高度,有了這樣的分佈圖就幾乎可以實時地知道整個地球的降雨狀況,有利於最大限度地降低洪水危害,減少生命財產損失。

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