新卫星增强了有关全球降雨和气候的研究

尽管看起来很简单,但在全球范围内测量降雨已被证明对科学家来说是一项艰巨的工作。但是,最近发射的卫星将改变这一点,提供可以帮助理解随着地球的温暖而有助于了解全球降雨是否真的在增加的数据。

气候科学家试图弄清楚世界变暖的速度有多大的任务。但是,迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋和大气科学学校的气象学家布莱恩·索登(Brian Soden)说,降雨呈现出更加艰难的坚果。他叹了口气:“您可以沿着高速公路行驶,在一个阳光下,您可以在一个倾盆大雨中开车。”“温度不是那样的。”

NASA GPM
美国和日本太空机构上个月发布了该卫星的第一张图像。NASA

空间和时间上降水的巨大变化使其成为要测量的最困难的气候变量之一。联合国气候变化的组织间聚会面板总体而言,一个温暖的世界应该是一个雨水,湿区注定要变得更湿干地干燥。但是降雨预测的确定性令人沮丧。研究人员仍然不知道哪种云导致了哪种降雨。何时何地以及多少水蒸发到云中,从而在全球范围内移动能量;或者,如果降雨确实会像理论预测的那样增加。

由于启动了日语联合,其中一些现在将改变全球降水测量(GPM)二月份的天文台。该卫星是第一个旨在检测到斑点降水量(包括毛毛雨和雪)的卫星,并大大扩展了地球上观看良好的部分,从热带地区向北到冰岛,向南到南极半岛的尖端。

GPM天文台于2月推出,标志着降雨测量的重要一步。

马里兰州的大气科学家罗伯特·阿德勒(Robert Adler)说,GPM标志着降雨测量的重要一步。降水测量任务主要研究人员。最终的数据将在1-3小时内提供给救灾机构,这应该有助于为受到山洪袭击的地区提供帮助。这些信息将插入基础科学问题,例如对Rainier云的气溶胶造成了哪些类型。Soden说,它将扩展当前短暂的卫星记录,为建模者提供验证预测所需的数据。“建模者最好对此感到兴奋,” NASA GODDARD太空飞行中心的GPM副项目科学家Gail Skofronick-Jackson说。“如果不是,我会生气的。”

测量降雨是看似简单的事情之一。阿德勒说:“听起来真的很容易,就像把水桶放出去一样。”“这比这更复杂。在全球范围内,很长一段时间以来,要了解降水量如何分布一直是一场斗争。”

降雨测量的金标准是雨量测量表,它只是查看集装箱中收集的水的高度或重量。如今,世界各地大约有6,000个,向像全球降水气候项目,一些国家的汇编可以追溯到1860年代或更早。但是这些记录仍然存在问题。就像温度传感器有时会在凉爽的阴影或混凝土热板附近偶然安装的温度传感器一样,有时将雨水传感器可笑地放置在靠近生长并最终掩盖水桶的树木上。大风天会从仪表上吹出水。而且,最重要的是,空间覆盖范围非常有限。

NASA GPM
GPM天文台大大扩展了监测降雨的地球区域。NASA

例如,海上没有雨量仪表。而且,发展中国家通常几乎没有电台,或者出于地缘政治原因不愿意共享其数据。例如,在发生从一个国家到另一个国家的河水的冲突(例如,从印度到巴基斯坦),可能有理由将有关替代信息从雨水包裹的淡水资源提供信息的理由。阿德勒说,仅凭仪表,“我们没有好的信息”,超过75-80%的地球。

即使是密集监控区域中站点之间的较小距离也可能是有问题的。斯科弗罗尼克·杰克逊(Skofronick-Jackson)记得一场探险队,研究人员刚刚错过了一场大风暴。她说:“在一个事件中,我们有大约20英寸的雪,我们所有地面上的家伙都在凌晨2点坐在那里等待下雪,而他们只有几厘米。他们真伤心。然后,他们的汽车几乎被困在雪地里回到酒店。”

其他工具可以帮助弥补差异。例如,地面雷达站扫除了一个水平信号,该信号从雨滴中反弹以填补一些空间间隙。但是最大的改进来自卫星,卫星自1980年代以来一直在收集数据,尤其是热带降雨测量任务(TRMM,发音为“ Trim”),由日本航天局(JAXA)和NASA于1997年推出,该公司今年还推出了GPM卫星。

理论说,温暖的世界应该在空气中占用更多的水。

Skofronick-Jackson说:“ TRMM旨在测量热带雨,这是当时大多数有趣的科学问题。”“该地区的大多数是海洋,这就是对流风暴的热量。”研究人员渴望知道如何用碳二氧化碳覆盖的太阳热量如何将能量泵入地球系统,需要知道在赤道上蒸发多少水。Skofronick-Jackson说:“您无法衡量能量运动,但您可以测量水。”“那是那里的气候变化。”

但是TRMM(令人惊讶的是,经过17年的运行后仍在运转良好),这是一个只能从地中海到南非南端的35度到南35度的轨道。它的频带旨在捕获热带中度到高的降雨,每小时约0.5毫米。斯科弗罗尼克·杰克逊(Skofronick-Jackson)说:“它不能解释毛毛雨,也不能解释雪。”

由于这些挑战以及相对较短的卫星覆盖范围,气候研究人员仍然很难说我们星球的降水量发生了什么。理论说,温暖的世界应该在空气中含有更多的水:每种温暖程度都要多7%。阿德勒说,湿度的潮湿应意味着每次变暖的降雨增加约1-2%,但这个数字要远远不够确定。And the additional rain should be focused in the areas that are already wet: but that’s a general conclusion that only “holds when you close your eyes and squint” at the map, says Soden — at the local scale it doesn’t necessarily hold water.

TRMM科罗拉多州立大学的克里斯蒂安·库默(Christian Kummerow)说,就最基本的数字而言,TRMM科学家认为他们每年将降雨量降低到约5%以内。但是随后对来自NASA 2006年的太阳辐射的最新计算Cloudsat云覆盖物的视图暗示,这些降雨估计值可能太低了。“每当我被问到这个问题时,我都说只等六个月,”库梅洛说。他说,GPM应该能够通过将受监控区域扩展到65度N和S来回答。从TRMM数据中估计的要多。

GPM应提供建模者的数据来调整其气候模型以包括云。

更有趣的问题是,随着行星的温暖,降雨是否真的在增加。IPCC的2013年报告研究了四个不同的数据集。没有人能说,在错误之内,自1950年代以来降雨量增加还是减少。阿德勒说:“我们还没有看到降水增加的强烈迹象。”“模型说我们应该,但我们还没有看到。”尤其是,TRMM的两种不同的雨水测量仪器在厄尔尼诺 - 南方振荡期(ENSO)期间取得了矛盾的结果,当世界变暖时:一个人看到了更多的降雨,另一个人没有下雨。Kummerow说,GPM应该能够弄清哪种乐器是正确的。

耶鲁E360的更多信息

上升的水域:海平面上升的速度和多远?

海平面有多快和多远
尽管最新的联合国气候报告大大增加了本世纪海平面上升的预测,但一些科学家警告说,即使这些估计太保守了。但是,尼古拉·琼斯(Nicola Jones)报告说,一件事是可以肯定的:预测海平面上升到未来是一项非常棘手的任务。阅读更多

IPCC唯一可以高度信心说的是,北半球土地上的降水量增加了,大雨事件越来越重。加拿大环境部及其同事的Xuebin Zhang最近发现从1951 - 2005年开始,北半球的一次雨水量下降了3.3%。气候模型还没有很好地控制这一点。索登(Soden)的2008年研究,在温暖的天气和更强大的暴雨之间建立了第一个联系,发现极端降雨事件是被模型所预测的不足

GPM应通过更好地监测雨滴的大小和3D云的视图,并具有每500米高程的数据。Kummerow说,这将为建模者提供急需的数据来调整其气候模型,以包括云,这反过来又有助于解决诸如Deluges的预测之类的东西。总的来说,与TRMM相比,Adler说,GPM对雨监视者来说将是更大的进步。

GPM现在正在通过其步伐;该团队说,清理数据集将于最晚在6月之前使用。尽管如此,还需要一段时间才能产生新的数据:将观察结果放在上下文中所需的数十年使数据收集了“缓慢而乏味的过程”,弗朗西斯·兹维尔斯(Francis Zwiers)说。太平洋气候影响财团在不列颠哥伦比亚省维多利亚。

Soden说:“就限制气候模型而言,我们真正需要的是长期记录。”“ GPM确实在努力做到这一点。”