圣彼得堡国立大学科学家正在研究云水含量以模拟不同季节的亚北极云层。物理学家所获新数据将有可能让我们在解决气候变化研究主要问题上迈出重要的一步。

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“基于地面与卫星遥测的俄罗斯亚北极地区云水含量研究”项目由俄罗斯联邦财产基金会拨款支持,项目研究成果在一系列学术期刊上已有发表,其中包括《Atmospheric Measurement Techniques》和《 International Journal of Remote Sensing》。

云水含量是影响整个大气循环的因素,其中包括影响天气、河流与湖泊中的淡水量、积雪量及积雪时间等。

为了对包括圣彼得堡和列宁格勒州在内的亚北极地区的云水含量进行准确测量,圣彼得堡国立大学研究人员开发了一种特殊的测量方法。科学家们对通过安装在卫星和地面的各种科学仪器远距离获取而来的云水含量数据进行比较。

“地面与卫星设备运用的技术有所不同,且各有利弊。比如,卫星测量在全球范围内进行,地面微波辐射仪则仅在有限区域内进行,但后者的测量结果更准确。对所有数据进行比较之后,我们可将其引入天气与气候预测模型之中”,项目负责人、圣彼得堡国立大学首席研究员、物理数学博士弗拉基米尔·科斯佐夫介绍说。

圣彼得堡国立大学科研人员通过欧洲气象卫星获取云水含量数据,而测量工作则借助于RPG-HATPRO微波辐射仪在地面上自主进行。位于海拔56米高度的地面仪器可进行全天候测量。该微波辐射仪与SEVIRI卫星设备有所不同,后者是运用太阳辐射的反射进行测量,因此仅可在白天提供数据。与云水含量一样,辐射仪可确定整体大气参数,如温度垂直分布图、约10千米高度以下的空气压力和湿度等。这些信息对于研究云层变化、分析水含量的地面与卫星数据都是至关重要的。

由于信息采集技术存在差异,在对从辐射仪和卫星上获取的数据进行比较时,也产生了诸多难题。例如,在几秒钟所谓的信号积累时间之内,垂直向上指向天空的辐射仪接收天线收集半径约为50米范围内的水含量数据。与此同时,卫星则在约50平方公里的区域内完成此项操作。

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我们成功应对处理了这种差异,将辐射仪固定测量一个小时,在此期间,卫星“见到”的云层也会缓缓从我们的设备上方飘过。然后我们对地面方法获得的数字取平均值,最终获得接近于卫星测量的数据。

圣彼得堡国立大学首席研究员、物理数学博士弗拉基米尔·科斯佐夫

对数据进行比较时,出现的另一个问题是辐射仪的位置特征。该装置位于距离芬兰湾三公里处,与陆地有所不同的是,水面上会形成较少的云层。这是由于水分在阳光的加热之下会较快从地面蒸发,并通过对流形式向上升腾。问题在于,卫星“见到”的是一个非均匀云场,使得地面测量与卫星测量的比较过程变得复杂。

除研究中面临的难题外,科学家们还遇到另一大问题:辐射仪成了鸟类最钟情的地方。飞鸟停留在辐射透明圆顶上,并用尖锐的喙刺穿它,从而引发设备工作故障。

一开始,我们在辐射仪上放置了稻草人,然而并不奏效。后来,为了让鸟类从远处看到障碍物之后能从此处绕过,我们特地在周边安装了防鸟刺。

圣彼得堡国立大学首席研究员、物理数学博士弗拉基米尔·科斯佐夫

科学家们计划在将来能够创建整个亚北极地区的云水含量数据档案。目前,他们正在对测量结果进行初步分析,清除故障与错误,进行初步分类。

圣彼得堡国立大学首席研究员弗拉基米尔·科斯佐夫表示:“经过验证的数据可对从几分钟到昼夜周期、季节周期等不同时间段的水含量变化进行详细研究。这项工作将成为运用计算机模拟技术预测亚北极地区气候变化的重要一步。”