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日本气象观测技术走在前沿

2015/10/09

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  新型雷达在游击暴雨的观测方面显示出存在感

  虽然气象卫星的性能大大提高,但要观测被称为“游击暴雨”的短时间局部性强降雨,地面观测网也不可或缺。日本全国约1300处无人观测点构成的气象数据自动采集系统十分有名。除此之外,为准确掌握江河流域面雨量,日本国土交通省在近几年设置的X波段双线偏振(MP)雷达构成的观测网也显示出越来越强的存在感。

  该观测网被称为“XRAIN(X波段MP雷达信息网)”,由设置在日本全国的39座雷达组成。X波段的波长在3厘米左右。利用纵波和横波的双向偏振波,可以准确观测降水强度和降雨区域,甚至能观测到雨滴的形状。与传统的雷达观测不同,无需使用雨量计进行补正。数据每分钟自动更新,即使包括发布所需的时间,也能够通过图像确认2分钟前的状况。

大阪大学楼顶设置的相控阵雷达(从下向上看到的厚钢板为雷达主体。主体里面有128根天线)
  日本气象厅已开始使用XRAIN数据,每隔五分钟在网上发布一小时后的降雨预测,用颜色表示不同强度的降雨,并标注在地图上。这项预报服务被称为“高分辨率模式降水预报”。2014年8月开始启用的“第二代”预报服务中,250米格点可显示30分钟之后的降雨信息,1公里格点可显示1小时后的降雨信息。例如东京千代田区的大手町附近没有降雨,麹町可能下暴雨等,能看到非常详细的天气预报。

  据称,美国等也在使用X波段MP雷达,根据观测数据对每条主要国道进行精准的暴雨预测等。日本刚刚在几年前才有研究人员尝试性地将X波段MP雷达用于游击暴雨的观测。但是,2008年发生在神户市都贺川的水位突然暴涨并导致人员伤亡的事件,日本国土交通省在5年时间内一口气将X波段MP雷达的布置范围扩展至全日本,在如此短的时间内建设起覆盖国内大部分地区的观测网,这在世界上也是前所未闻。

  东芝和大阪大学等利用相控阵雷达观测云层的形成发展

  利用全新原理的最新锐气象观测雷达也开始启用。该雷达名为“相控阵雷达(Phased Array Radar)”,利用了搭载于宇斯盾军舰的探测雷达技术。由东芝、日本信息通信研究机构和大阪大学等开发,并将其推向实用化。主体看上去是一块厚厚的钢板,里面的128根天线会释放出强大的电波。主体每旋转一次,便能全面观测到地表附近到云层上部的状况。

  普通的雷达在旋转时会稍微提高仰角然后再降低角度,来回重复该动作。给人的感觉是把云切成薄片,从下向上逐层观测。观测整个云层需要10分钟左右。如果在此期间云层迅速发展,将漏掉云层的变化。而相控阵雷达是用电子掌握电波的状态,旋转一次便可立体掌握云层整体的状态。即使云层迅速变化也不会漏掉,相控阵雷达被认为最适合用来观测游击暴雨等气象。

  相控阵雷达捕捉到的凝结核(白色)和下击暴流(红色)(2014年9月10日,左端为下午11时20分左右,右端为下午11时30分左右。气象研究所根据日本信息通信研究机构和大阪大学提供的数据制作而成)

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