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日本氣象觀測技術走在前沿

2015/10/09

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  新型雷達在遊擊暴雨的觀測方面顯示出存在感

  雖然氣象衛星的性能大大提高,但要觀測被稱為“遊擊暴雨”的短時間局部性強降雨,地面觀測網也不可或缺。日本全國約1300處無人觀測點構成的氣象數據自動採集系統十分有名。除此之外,為準確掌握江河流域面雨量,日本國土交通省在近幾年設置的X波段雙線偏振(MP)雷達構成的觀測網也顯示出越來越強的存在感。

  該觀測網被稱為“XRAIN(X波段MP雷達資訊網)”,由設置在日本全國的39座雷達組成。X波段的波長在3釐米左右。利用縱波和橫波的雙向偏振波,可以準確觀測降水強度和降雨區域,甚至能觀測到雨滴的形狀。與傳統的雷達觀測不同,無需使用雨量計進行補正。數據每分鐘自動更新,即使包括發佈所需的時間,也能夠通過圖像確認2分鐘前的狀況。

大阪大學樓頂設置的相控陣雷達(從下向上看到的厚鋼板為雷達主體。主體裏面有128根天線)
  日本氣象廳已開始使用XRAIN數據,每隔五分鐘在網上發佈一小時後的降雨預測,用顏色表示不同強度的降雨,並標注在地圖上。這項預報服務被稱為“高解析度模式降水預報”。2014年8月開始啟用的“第二代”預報服務中,250米格點可顯示30分鐘之後的降雨資訊,1公里格點可顯示1小時後的降雨資訊。例如東京千代田區的大手町附近沒有降雨,麹町可能下暴雨等,能看到非常詳細的天氣預報。

  據稱,美國等也在使用X波段MP雷達,根據觀測數據對每條主要國道進行精準的暴雨預測等。日本剛剛在幾年前才有研究人員嘗試性地將X波段MP雷達用於遊擊暴雨的觀測。但是,2008年發生在神戶市都賀川的水位突然暴漲並導致人員傷亡的事件,日本國土交通省在5年時間內一口氣將X波段MP雷達的佈置範圍擴展至全日本,在如此短的時間內建設起覆蓋國內大部分地區的觀測網,這在世界上也是前所未聞。

  東芝和大阪大學等利用相控陣雷達觀測雲層的形成發展

  利用全新原理的最新銳氣象觀測雷達也開始啟用。該雷達名為“相控陣雷達(Phased Array Radar)”,利用了搭載于宇斯盾軍艦的探測雷達技術。由東芝、日本資訊通信研究機構和大阪大學等開發,並將其推向實用化。主體看上去是一塊厚厚的鋼板,裏面的128根天線會釋放出強大的電波。主體每旋轉一次,便能全面觀測到地表附近到雲層上部的狀況。

  普通的雷達在旋轉時會稍微提高仰角然後再降低角度,來回重復該動作。給人的感覺是把雲切成薄片,從下向上逐層觀測。觀測整個雲層需要10分鐘左右。如果在此期間雲層迅速發展,將漏掉雲層的變化。而相控陣雷達是用電子掌握電波的狀態,旋轉一次便可立體掌握雲層整體的狀態。即使雲層迅速變化也不會漏掉,相控陣雷達被認為最適合用來觀測遊擊暴雨等氣象。

  相控陣雷達捕捉到的凝結核(白色)和下擊暴流(紅色)(2014年9月10日,左端為下午11時20分左右,右端為下午11時30分左右。氣象研究所根據日本資訊通信研究機構和大阪大學提供的數據製作而成)

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