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依赖于GPS的飓风预测

发布时间:2011-12-06

依赖于GPS的飓风预测

对于居住在美国墨西哥湾沿岸和东海岸的人们来说,每年一进入8~9月份,他们就会迎来惯例的夏末仪式——将孩子领回家让他们等待下一个学年的报到。在美式橄榄球比赛开始的季节,人们却不得不时刻从电视上面关注飓风路径预测模型来知晓飓风的行踪。

过去的10年里,在美国国家海洋和气象管理局研究人员的努力之下,这些模型在预测风暴的方向和强度的准确性上面取得了较大的发展。这很大程度上得益于预测模型在检测大气中水蒸气含量的时候采用了越来越多的GPS定时数据。
长久以来,检测大气中水蒸气的含量是预测天气和气候的关键。水蒸气就意味着围绕在大地附近的湿气和潜在的热能在影响着天气。温暖、潮湿的空气会使飓风的能量增强,然而干燥的空气却会削弱它们。水蒸气同样也是一种温室气体,它可以直接地或者通过在云层中的形态变化来影响热平衡运动。

对于天气预报来说,预测的难度就在于如何实时、准确地检测水蒸气的含量,尤其是在飓风形成的海洋中心这些偏远的地方。虽然从卫星上获得的部分水蒸气检测数据是有效的,但是,由于一些卫星上的仪器能够俯瞰到海域而其他位置上的卫星检测仪器不能透过云层监测到海域。因此,这些测量数据存在严重的不确定性。

精确的GPS时间是关键

美国国家海洋和大气管理局的研究人员通过实验发现,利用GPS信号可以获得一个更加准确的大气中水蒸气含量的测量值。因为GPS卫星在发射信号的时候采用的是约为20cm波长的无线电波,而这些电波对环境条件非常的敏感,当然也包括了水蒸气的含量。大气中的水蒸气会影响并减慢卫星发射到地面接收机的信号的传输速度。从GPS卫星发射的信号到达地面接收站的时间越长,就代表大气中的水蒸气的含量越高。

GPS全球定位系统的超高精准的时间戳可以帮助计算卫星信号发射到地面所需的精确时间。Symmetricom公司的铯钟可以让无人值守的GPS卫星的时间戳的准确度超过10年保持在ms级别。通过对比卫星传输器发射信号和它接收到的反馈信号的时间戳,就可以精确的计算出大气中水蒸气的含量。再通过将从多个GPS卫星上同一时刻所获得的测量数据进行数学分析就可以计算得出大气中水蒸气含量的准确值。

成百上千的GPS地面接收机早已经广泛地应用于其他用途,包括地震预测和监控,而如今在提供水蒸气测量方面也发挥了重要的作用。此外,一些地面接收机也已经被特殊的部署在海湾地区的石油平台和其他一些偏远地区。伴随着越来越多的地面接收站台加入到监测网络当中,美国国家海洋和大气管理局检测大气中水蒸气含量的能力相比于以往已经提升了50%

这就意味着,在每年这个时候,许多美国人所依赖的的飓风预测模型变得更准确。对于许多实际上更关注飓风袭击轨迹的人来说,这也为他们避免灾害的发生提供了保障。