全球云降水特征观测填补大气河数据空白

当下，全球变暖导致极端干旱高温事件加剧，地球水资源可持续发展面临重大挑战。2018年第39次世界气候研究计划（WCRP）联合科学委员会会议提出的七大科学计划中，云、环流和气候敏感性，气候系统的碳反馈、天气和气候极端事件，粮食生产用水，以及短期气候预测等亟待解决的科学前沿，均与大气中的云降水有关，这需要从全球大尺度到雨（雪）水凝物的微物理尺度更精确地测量降水。

福建省气象局“基于全球降水观测GPM的云降水特征观测研究进展”研究报告，跟踪国际最新科技动态，为上述领域研究提供了重要参考。

云和降水观测研究是全球水循环研究的重要环节之一。2014年2月，继“热带降雨观测任务系统”（TRMM）成功实施后，美国宇航局全球降水观测任务（GPM）启动。热带降雨观测任务系统由10颗卫星组成，其中核心观测平台(GPM-CO)上搭载了Ku、Ka波段双频降水雷达（DPR）和多波段微波成像仪（GMI），可在全球范围内对降水进行量化观测，有利于提高水文、气候和天气数值模拟及其预测能力。

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由于GPM在轨时间不长，在云降水特征观测研究中，利用该数据多结合再分析数据、上一代降水观测TRMM、地基雷达观测等多源资料，主要涉及大气河及其造成的极端降水事件、热带气旋降水结构、冰雹强对流以及降雪观测等诸多方面研究。

大气河是中纬度海洋和海岸带降水的“主要贡献者”，容易造成温带气旋极端降水。由于缺乏海洋观测，人们对大气河的研究和预测仍然是一项挑战，而GPM卫星观测填补了这一观测数据空白，有助于开展全球大气河的分布、起源、结构和移动路径等方面研究。

热带气旋引起的内陆洪水、风暴潮和风灾可导致人员伤亡和巨大的经济损失，准确预测热带气旋的降雨量和强度至关重要。利用GPM-DPR对热带气旋登陆前在海面上的结构特征进行观测，弥补了地基天气雷达观测范围的不足；结合多普勒天气雷达观测，可用于分析台风登陆过程中与暴雨相关的微物理和动力学特征。

由于早期TRMM卫星观测主要聚焦热带地区，对中纬度地区观测研究有限，特别是对不同降水类型的三维结构方面研究较为薄弱，因此，GPM为我国中纬度地区开展不同云状降水特征的观测提供了新手段。同时，利用GPM的星载微波辐射计高频模式能捕捉到从小冰雹/霰到特大冰雹的信号，从而建立紧凑灵活的冰雹卫星探测识别方案。

此外，由于雪花颗粒的复杂性、雪花冰冻表面散射特征的干扰、观测值与反演结果之间的非线性关系等，开发准确的卫星降雪估算方案一直是一项挑战。GPM-CO在非太阳同步轨道上飞行，允许其在北极圈和南极圈内检索降水信号，因此探测降雪也是GPM任务的关键内容，目前，主要集中在极端降雪事件中降雪垂直结构的研究。

GPM降水观测为WCRP提供了关键数据，可提高科学界对大气环流模式的认识，确定降水在气候敏感性中的作用，对极端天气进行编目，评估世界农业、食物产量的降水量输入，并提供关键观测数据，完善降水量建模假设，从而改进气候预测模型。

近年来，GPM在我国江淮梅雨、近海台风（热带气旋）、西北干旱半干旱地区的降水云系垂直结构、微物理过程等方面观测研究中也取得了一系列进展，有助于进一步分析研究我国不同降水类型宏微观物理过程间的相互作用机制。

截至目前，GPM持续为科学研究提供数据，根据计划，未来GPM观测将在云降水科学研究中涉及以下主题，一是GPM-CO观测到的降水系统的微物理和物理性质研究，如极端事件的降水特征；二是建立全球降水和环流模式调用的长期降水数据集，如其在ENSO和其他全球气候变化方面的可变性；三是研究从月到季（平均地表降水量、降水日变化、降水垂直结构）的精细尺度区域降水气候学特征。

（作者：李冬梅林文责任编辑：张林）