透过浮云识"天机" 高科技"耳目"看透风云

图① 用手机扫描印有气象卫星的卡片,一个三维立体且动态的卫星围绕地球运转的画面马上呈现在眼前,AR技术让气象科普变得更加有趣。

图② 气象爱好者对风云系列气象卫星模型拍个不停。

图③ 气象爱好者在气象观测场的百叶窗前一探究竟。

图④ 巨大的气象"电子书"吸引了许多气象爱好者前来翻阅。

照片均由经济日报记者 杜 芳摄

3月23日是世界气象日,"观云识天"成为本次气象日的主题。云,有时离我们很近,一抬头就能将云卷云舒尽收眼底,有时却又离我们很远,其物理过程至今还是未解之谜。那么,"云云"众生里究竟隐藏了哪些"秘密"?一朵小小的云是如何左右大的气候变化的?是什么样的观测手段让我们不畏"浮云遮望眼"?

万般变化尽在云中

" 天上鱼鳞云,地上雨淋淋""早晨棉絮云,午后必雨淋""火烧乌云盖,大雨来得快"……未来天气的万般变化,都凝聚在一朵小小的云里。读懂云的世界,每个人都能成为未卜先知的神算子。以至于今时今日,一些"靠天吃饭"的农业地区仍然习惯于参考类似的谚语来预测天气变化,从而安排农业生产。

不过,这些谚语真的有那么灵吗?中国科学院大气物理研究所研究员、云降水物理与强风暴重点实验室副主任孙继明表示,这是劳动人民在劳动过程中总结出来的经验,是有一定科学道理的,但不能完全依靠谚语,因为自然天气的变化过程是非常复杂的。

云究竟是如何形成的呢?自古以来,人们就在孜孜不倦地探索这个问题。因科技水平有限,对这个问题的回答往往有着浪漫的想象。在创世神话中,有盘古开天辟地,呼出的最后一口气变成云的说法。随着近代以来科学技术的不断进步,人们对于云的成因有了科学清晰的认识。简单来说,云是大气中水汽凝结成的水滴、过冷水滴、冰晶或者它们混合组成的飘浮在空中的可见聚合物。

既然云由水滴凝聚而成,那每一片云都会下雨吗?其实不然,据中国气象局气象探测中心副主任曹晓钟介绍,云有很多"款"。国际上对云的分类,现在有三组共29类。三组是低云、中云和高云,在低云里面有雨层云、层积云,总共10种,每组有不同云的类型,比如说积云里面有淡积云和浓积云,总共加起来是29种。

云是否会带来降水,和它的种类有关。积雨云和雨层云都是有降水现象发生的,而像卷云就不会形成降水。此外,降水还和气压、风向等因素有关。

别看人们天天和云见面,实际上却不懂云的内心,甚至对它有很多误解。例如被传得神乎其神的"地震云",总是隔三岔五地在朋友圈里传播。有人相信,天空中出现条状的云带是地震发生的前兆,因为板块运动时会从地表释放出大量高温高压水汽,水汽上升在大气中形成狭长的"地震云带"。还有人认为,地震前地磁场和电磁场会发生改变,水汽或尘埃受此影响,会形成有序排列的"地震云"。

但事实上,"地震云"几乎完全没有被主流科学界所接纳。气象学家认为,那些所谓形状各异的云多与高空气流活动有关,并不罕见,坊间流传的"地震云"图片大多为中高层的高积云或卷层云。地质学家则表示,地磁场的改变并非易事,电磁场影响云的分布也缺乏理论支持。看来,"地震云"的说法是不靠谱的。

定标天气调节气候

当人们抬头仰望天空,会发现有时候云彩飘得很低,仿佛触手可及,有时候又高又远,感觉天空都变得辽阔了。你可能不知道,这时候的云,是游移在空中的一把定标尺。

专家表示,由于大气层中水汽分布和对流运动的不同,会在不同的高度形成不同种类的云。云高的变化对于分析天气系统的未来演变具有重要指示作用,是天气预报的重要指标,同时,云高也是确保航空安全的重要信息。

云除了衡量天气系统演变外,还影响着地球热量的收支平衡,云量的数据是研究太阳辐射和地球热量平衡的重要依据,随着云卷云舒,地球的温度和湿度被不断地调节着,云就像地球的被子,它的存在一直在影响整个气候变化。

孙继明说:"一方面云的变化非常快,另一方面地球很多地方被云覆盖,像海洋上三分之一的上空被云覆盖,云的生消对太阳的辐射有影响,会影响整个大气的温度,进而影响整个气候。"

" 具体而言,大气中高云主要是由冰晶组成,它有一个特点,就是太阳光可以穿透,它吸收地表和大气发出的长波辐射,可以增温;而大气中的低云则不同,它主要由水滴分子形成,它的作用是反射太阳的短波辐射导致地面降温。所以云的变化影响全球气温的变化。"孙继明说。

不过,反过来看,气候变化也会影响云。不少科学家都在研究云的变化特征以及其他气象因子和云之间的关系。但专家表示,这是一个非常复杂的科学问题,就目前来说,还不能拿出精准的估算结果。尽管如此,科学家们仍然"脑洞大开",尝试利用云"遮阳伞"的特性解决气候变暖问题。

有地球工程学者提出海洋云增白这种减缓全球气温升高的工程学方法。他们试图将细腻的盐粒推送到大气高处以增加云层的反射率,也就是让云像紫外线遮阳伞那样,更多反射太阳光,降低地表的温度。

高科技"耳目"看透风云

以前,观测者抬头看天,记录云高云量等数据,留下了宝贵的资料和经验。如今,观云仍然是气象行业的重要任务之一。但不同的是,我们有了气象雷达和气象卫星,它们为揭示云的奥秘增添了左膀右臂,让高深莫测的天空不再遥不可及。

" 近几年雷达和卫星的观测手段发展很快,我们现在就是把地面对云的观测和卫星的观测相结合。地面观测的范围是比较局部的,但是精度会相对高一些。而卫星上看,看的尺度比较大,范围比较广,所以二者结合起来会更好。"曹晓钟介绍道。

据气象专家介绍,在气象雷达当中,有一种专门的"测云雷达"帮助人们观云识天。测云雷达通过方向性很强的天线向空间发射脉冲无线电波,它在传播过程中和大气发生各种相互作用。利用雨滴、云状滴、雪花等对电磁波的散射作用来探测大气中的降水或云中水汽的浓度、分布、移动和演变,了解天气系统的结构和特征。测云雷达主要用来探测云顶、云底的高度。如空中出现多层云时,还能测出各层的高度,堪称真正的观云"神器"。

如果说雷达为气象预报装上了"顺风耳",卫星则又增加了"千里眼"。国家卫星气象中心副主任、风云四号地面应用系统总指挥魏彩英介绍说:"对于专家来说很多云区分起来都有一定的困难,如果要让老百姓去区分就更困难了。高科技卫星的观测手段其实并不是一个直接的观测,而是要靠遥感。遥感观测得到的实际上是电子线路得到的技术值,技术值反馈回来得到我们真正看到的云。"

" 就像在医院拍X光片,遥感得到数据成像,而这个成像有不同的波段。比如对大气中水汽含量的测量,是对不同高度水汽的红外辐射量进行观测,所得到的辐射值可以用不同的颜色标出来,经过处理后就形成大家看到的图像。"魏彩英说。

气象卫星有多强大的观测能力?魏彩英说,"自从有了气象卫星,没有一个台风能逃出我们的视野。因为'千里眼'站得比较高,定点位置的东西各六七十度都可以看到,也就是说,在台风还没有编号时,已经进入了卫星的视野里面。而且观测的频率也越来越高,原来我们一个小时看一次,现在我们的风云四号可以对半个地球的任何云系每15分钟观测一次"。

卫星不但能观测,还能进行精确的数据计算。随着空间分辨率和时间分辨率的增加,观测得到的数据量越来越大,像风云四号是原来风云二号的160倍,每天要达到几十个T的数据,这种海量的数据就需要极强的计算能力来计算各种产品。所以,卫星不仅具有大范围观测和高频次跟踪的能力,而且还可以精确地反衍出定量的产品来。

" 现在用科学的算法可以反衍出很多定量产品,其中有一个叫做降水估计,就是说在不同的云里面哪一朵有可能下雨,而且有可能要下多少雨,都可以通过卫星反衍的定量产品告诉大家。"魏彩英说。(经济日报记者 杜 芳 实习生 张振宇)

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