美國於 3 月 1 日發射了最新的地球靜止衛星，填補了其天氣預報體系中的一個關鍵空白。該衛星將使氣象學家能夠追蹤颶風、暴風雪和其他正在形成的威脅。它還將向下傳送資料，供研究人員用來測量氣溫和溼度——如果他們能夠找出如何將這些資料納入其模型的話。
科學家目前無法充分利用地球靜止衛星（位於地球上特定位置上方）和極地軌道衛星（繞地球兩極執行）收集的大量資訊。這是一個長期存在的問題，其根源在於收集的資料型別以及預報員嘗試將測量結果整合到天氣模型中時產生的大量不確定性。現在，研究人員開始克服這些技術挑戰，並在短期和長期預報方面都取得了令人鼓舞的成果。
地球靜止業務環境衛星-17 (GOES-17) 將佔據赤道太平洋上空的位置。當其資料與已停放在大西洋上空的相同 GOES-16 的資料結合使用時，它們將監測從非洲到紐西蘭的地球。世界各地的天氣預報員都使用此類地球靜止衛星來監測風暴，並且他們的模型納入了關於大氣溼度以及風速和風向的有限資料。
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“這裡蘊藏著巨大的資訊寶藏，”賓夕法尼亞州立大學帕克分校的氣象學家張福青說。他已嘗試將衛星上一些未使用的資訊納入其模型中，並取得了可喜的成果。“我們可以展示天氣預報的顯著改進，但您確實需要投入專門的研究工作。”
資料需求
在目前正在《美國氣象學會公報》上評審的一項研究中，張和他的同事表明，將 GOES-16 的高解析度資料納入實驗性天氣模型，增強了對 8 月襲擊得克薩斯州的颶風哈維早期發展和強度的預測。
如果沒有額外的資料，預測顯示這場風暴將發展成 1 級颶風；而實際上，它在登陸前發展成了 4 級超級颶風。張還嘗試將額外的資訊納入美國國家氣象局計劃最早在今年推出的新天氣模型中。額外的資料改進了對降水量和風暴路徑的預測。
將此類資料納入模型一直很困難，部分原因是地球靜止資料為大氣任何給定垂直切面提供的測量值少於極地軌道衛星，後者以較低的高度環繞地球執行。這意味著，在將資料轉換為模型可以使用的測量值（例如氣溫和溼度）時，研究人員掌握的資訊較少，不確定性也較高。
“這並非易事，”美國國家海洋和大氣管理局位於科羅拉多州柯林斯堡的研究氣象學家丹·林賽說，他目前從事 GOES 衛星系列 的研究。“您不能只是拍攝一張衛星影像，然後將其直接塞入模型中。”
威斯康星大學麥迪遜分校氣象衛星研究合作研究所的大氣科學家傑森·奧特金說，這方面的科學發展一直很緩慢，因為當預報模型每六小時才執行一次時，對持續資料流的需求較少。現在，各機構正在轉向更頻繁的預報，使用可以利用大量高解析度資料的模型。
“如果說地球靜止感測器的價值在不斷提升，那也只是隨著時間的推移而增加，”奧特金說。
向前推進
氣象學家也一直在努力將極地軌道衛星拍攝的雲區測量值納入模型。這是因為雲層的微物理學比晴朗的天空更復雜，因此即使模型中出現微小誤差，也可能演變成預報中的巨大不確定性。英國雷丁歐洲中期天氣預報中心 (ECMWF) 的大氣科學家艾倫·吉爾說，這才是根本問題。“正是那些有云和降水的區域與最有趣的天氣有關。”
歐洲中期天氣預報中心在該領域處於領先地位已有十多年，現在已納入極地軌道衛星拍攝的雲區的大部分資料；大多數主要的政府預報中心現在都在效仿。張引用了一項未發表的分析，該分析比較了歐洲模型和新的美國國家氣象局模型。在使用歐洲中期天氣預報中心的完整大氣資料套件時，美國模型的平均表現與歐洲模型一樣好，甚至更好。但是，當研究人員使用美國預報計劃的常用資料執行相同的模型時，結果卻不盡如人意。
張說，對美國來說，教訓是衛星和模型是不夠的。“我們國家在發射漂亮的衛星上投入了大量資金，但我們並沒有真正投入那麼多精力來研究如何將衛星資訊納入模型中。”