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天气预报升级新观测系统提高预报精度
皮埃尔塔巴里
法国气象局预报业务运营副总监
气象预报可以帮助我们预测未来可能发生的情况，对于防灾减灾具有重要意义。因此，天气预报必须具有一定的短期准确性。如今，随着科技的发展，天气预报也越来越准确，因此
最早的天气预报系统仅限于地面观测。
随后，气象学家引入遥感技术，从地面发射雷达电磁波进行高空观测。
后来的技术进步是利用轨道卫星和地静止卫星进行观测。
近年来，气象卫星的数量大幅增加，欧洲也推出了雄心勃勃的计划。
还有所谓的“实时观测”利用手机网络等非天气预报系统观测天气。
天气预报模型最早于20世纪初开发[1]。其基本思想是，如果能够确定某一时刻的风速、湿度、温度、气压等数据，就可以将它们代入描述大气变量随时间变化的物理公式。预测未来的天气状况。天气预报必须具有一定的短期准确性才具有实际意义。由于一个地方的预报需要利用观测到的其他地方的天气情况来计算，天气预报专家很早就建立了信息交换机制，实时共享观测数据并比较他们所使用的模型的准确性。
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地面和高空观测
最早的天气观测系统由地面仪器组成，只能测量当地的大气状况，但气象科学家很快就发现了此类数据的缺点，因为准确的预测需要高空观测。结果，他们开发了一种无线电探空仪一种携带仪器的探空气，可以将其释放以测量高海拔地区的气压、温度、湿度、风速和其他数据。该发声器每天可释放多次，高度可达20公里，不仅可以从陆地上释放，还可以从船上释放。
气象观测技术得到了长足的发展。现在无人机观测已成为现实。无人机特别有利于海上高空大气数据采样，因为海上无人机飞行的规定相对宽松，采样方法可以根据所在地的实际天气情况进行调整。
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遥感技术的出现
自20世纪60年代和20世纪70年代以来，利用遥感技术远距离测量大气参数已广泛应用于气象观测。以气象雷达为例雷达发射的电磁波在遇到雨、冰雹、雪时被反射回来，从而绘制出降水探测图。多个气象雷达组成的网络可以覆盖半径数百公里的区域。如今，欧洲有超过200个气象雷达，美国和日本也有类似的数量。天气雷达数据与天气预报模型的结合已经存在多年，大大提高了天气预报的准确性[2]。
另一种遥感方法是利用激光雷达，它与电磁雷达类似，但发射光波，可以远程测量大气中的气溶胶，即大气尘埃或云滴。如今，各大气象局都使用激光雷达[3]。
03
卫星观测
气象观测技术的另一重大进步是气象卫星。只要有一颗卫星，就可以观测到非常大的区域。气象卫星分为两类第一类是地静止卫星，位于赤道同一位置上空。由于一颗地静止卫星只能覆盖地表面的一半，利用它们进行全天气观测需要多国合作。
第二种卫星是轨道卫星，它在距地面约300-800公里的高度连续绕地运行，每100分钟可绕地运行一圈。由于飞行高度仅为静止卫星的十分之一，轨道卫星可以以更高的分辨率捕捉云层和地面，而且由于其轨道经过南北两极，因此在飞行过程中可以覆盖所有纬度，每个观察点的分辨率是相同的。
卫星配备了各种仪器，利用不同波段观测大气中的云、降雨、气溶胶、风速、温度、湿度等数据。
“近日，欧洲成功发射了新一代地静止卫星。”
近年来，人类发射的气象卫星数量急剧增加，催生了许多雄心勃勃的计划，尤其是在欧洲。仅去年12月，欧洲航天局就成功发射了新一代地静止气象卫星[4]。
04
实时观察
最后还有一个方法，叫做“实时观察”。——有些设施最初并不是为了天气预报而设计的，但也可以用来观察天气。例如，在移动电话网络中，法国有数千个基站天线，它们之间使用微波进行通信。运营商发现，如果天线之间存在降雨区域，微波波长就会受到影响，降低天线的接收水平。
法国气象局运营副总监PierreTabary解释说“为了应对信号衰减，手机运营商配备了信号放大设备，气象学家乘坐——测量信号衰减，然后就可以知道强度该区域的信号。降水强度，改进的降水图[5]。谁会想到手机网络最初可以这样使用？”
另一个例子是卫星定位系统——、美国全定位系统和欧洲伽利略系统。它们原本是用于导航定位的，“但这些定位卫星不断地发射信号，当信号穿过大气层时，会发生轻微的折射，路径就会变得‘弯曲’。气象学家巧妙地搭上了顺风车发射一些小卫星接收定位信号并测量其曲率，从而获得平流层和对流层上层的热力学数据。”
这种测量方法被称为“射电掩星”，研究人员已经验证了其测量原理的有效性。目前已有数十颗此类卫星投入使用，获得的数据被输入到天气预报模型中进行计算[6]。“这种方法的美妙之处在于，我们不必自己向大气中发射无线电波，而是利用别人发射的无线电波。可以说是‘物美价廉’。”
如今，全天气预报模型中使用的大约90%的数据来自卫星，并且这一趋势还将持续下去。Tabary总结道“不过，这并不意味着地面测量的重要性会降低，因为卫星数据仍然依赖于地面数据校准。”
作者
伊莎贝尔杜梅
编辑
夏师傅
1彼得林奇
2Wattrelot、Eric、OlivierCaumont、Jean-FrancoisMahfouf在AROME模式月度天气评论中雷达反射率数据1D13D-Var同化方法的操作实施，2013年，142，第18521871页101175/MWR-D-13002301meteo-01001390
3雷伊、杰拉德；奥利维尔特劳莱；布尔西，托马斯；埃莉萨杜布歇
4Stuhlmann、Rolf、KennethHolmlund、JohannesSchmetz、HervRoquet等人。
5Alpert,P、Messer,H和David,N移动网络辅助天气监测Nature537,6172016
6Kursinski等人1997使用全定位系统通过无线电掩星测量观测地大气层JGeophysRes102:2342923465
今天关于天气预报升级新型观测系统提高预测准确性和更新天气预报定位的相关话题就解到这里了，希望对诸位有所帮助，也请大家持续关注本站动态。
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