風云衛星：一雙“慧眼”識沙塵

文／曹 靜

春季，北方連遭多場嚴重的沙塵天氣，黃沙“任性”地闖入、回流和離去，讓不少小伙伴感嘆：“吃土”的季節又到了！今年的沙塵暴如此的任性和反復無常，它們是否有跡可尋呢？今天，咱們就借著衛星的“慧眼”來認識一下這個讓北京等十幾個省市“吃土”的“網紅”吧。

捕捉沙塵蹤跡神器

沙塵暴在我國北方的春天里是并不少見的天氣現象。除了給人們的生活帶來不便，還會嚴重影響空氣質量，造成環境污染，對其監測和預警早已是氣象部門重要任務之一。目前，利用衛星遙感技術監測沙塵暴是最有效的手段。那么，沙塵的源頭在哪里？移動到了哪里？它的強度、速度、面積和危害有多大？它為什么跟臺風長得那么像？面對大眾關注的問題，衛星云圖其實可以找出答案。

3月27日一早，衛星科技工作者在云圖影像上發現蒙古國出現沙塵天氣，受東移蒙古氣旋影響，沙塵下午已蔓延到蒙古國南部、我國內蒙古西部和中部偏北地區。連續不斷的動態監測云圖顯示出：沙塵區繼續向東南方向擴散，到下午三點時沙塵可視面積約為39.8萬平方公里。看著沙塵隨著蒙古氣旋繼續東移南下，再結合地面其他監測手段和多年的預報經驗，中國氣象局天氣預報專家向公眾發布了華北北部、東北地區西部河北北部、北京市、天津市等地也將出現沙塵天氣的預報。經媒體一則“沙塵暴來勢洶洶！衛星監測沙塵可視面積已達39.8萬平方公里”的新聞，事件瞬間沖上熱搜，而這天距離3月15日那則新聞“沙塵暴來了，衛星可視的沙塵區面積約為46.6萬平方公里”，不過區區12天時間。

十幾分鐘出監測結果

衛星到底是怎樣辨識黃沙的呢？

眾所周知，沙塵中含有大量礦物質，這些沙塵粒子會吸收和散射太陽輻射及地面和云層的長波輻射等并對地球造成影響，這就使其有了自己的光譜特征。比對沙塵暴光譜特征與其他物質光譜特征的差異，通過衛星攜帶探測儀上不同的探測通道數值的組合，辨別沙塵暴信息。在三通道彩色合成衛星圖像中，技術人員通過顏色、色調、紋理和形狀等特征識別出沙塵暴區域及其面積。再通過多時次的動態圖像和遙感數據處理分析，就可以確定沙塵暴的起源地、移動路徑、移動速度、影響區域和未來推進方向及其有關的動態信息。

當然，衛星監測沙塵暴是否準確，受云遮蔽、地面沙化和裸露、衛星監測頻率低這三個因素影響。

云遮蔽蓋會導致沙塵暴的信息被屏蔽；地面沙化和裸露則讓沙塵信息的辨識難度增加；衛星監測頻率低會漏掉某些沙塵暴過程或某次過程中的某個階段。前兩個因素是客觀存在的，目前還缺少更好的手段規避，但最后一個因素可以說已經得到了有效的解決。因為我國風云三號D星和風云四號A星在太空業務運行分別可完成更高分辨率、更高頻次的觀測，特別是風云四號氣象衛星每五分鐘就能獲得一次監測圖像，對沙塵暴的監測幾乎達到準實時的標準，從光譜信息被捕捉、傳到地面后，再通過數據處理，形成監測圖像和處理數據，基本上十幾分鐘就能得出監測結果。

沙塵暴和臺風不是親“兄弟”

經常留意衛星云圖的人會有個問題：這沙塵暴形狀怎么那么像臺風，它倆是不是“兄弟”呀？20年前我曾也有過這樣的疑問，但今天我可以給出明確的回答：它倆還真不是親“兄弟”，但確實沾點親帶點故。因為它倆同屬氣旋家族，對我國有影響的沙塵暴屬“蒙古氣旋”，臺風屬“熱帶氣旋”；同屬一個氣象衛星“攝影師”；同是空氣漩渦和低壓系統；都擁有看上去相似的漩渦形狀和旋轉方向。

然而，它倆擁有更多的不同點。第一，出生地不同。一北一南，前者通常出生于北緯40°-50°蒙古中部和東部高原一帶。該地區的西部、西北部多高山，中部和東部處于背風坡，特別利于氣旋的生成和發展。后者通常出生熱帶、副熱帶洋面，水溫高于26℃的廣闊太平洋熱帶洋面以及南海海域。第二，它們出生的時間不同，一個春季多發，一個夏季多發。第三，兩者結構和維生手段不同。沙塵暴的后部（西側）有冷空氣往下甩，遇暖空氣北上時冷暖空氣旋轉、交鋒，常在東北或華北地區時達到最強，維生的“套餐”通常有大風、沙塵、降溫甚至降水；臺風為正壓、無鋒面的暖心系統，主要依靠來自熱帶海洋的水汽和熱量“填飽肚子”來維持和發展，強烈時中心（臺風眼）還會出現晴空區。第四，移動路徑不同，前者出生后往往向東（進入內蒙古后經東北平原沿松花江下游繼續東移）或向東南（進入我國華北，入渤海再經朝鮮半島東去）移動。后者出生后通常向西北方向移動。第五，影響的區域不同。前者對我國北方的天氣影響很大，途徑之處常常伴隨大風、降溫和沙塵天氣，也可能會出現強對流降雨，如果很強大甚至會影響到南方空氣能見度。后者造成的云雨主要出現在臺風眼周圍區域，通常對華南地區影響較大，但夏末初秋的臺風如果很強，也會影響到北方，2019年的利奇馬就曾到達東北顯其余威。

顯然，沙塵暴和臺風最多也就是外表有點相像的“親戚”。