美国于 3 月 1 日发射了最新的地球静止卫星，填补了其天气预报体系中的一个关键空白。该卫星将使气象学家能够追踪飓风、暴风雪和其他正在形成的威胁。它还将向下传送数据，供研究人员用来测量气温和湿度——如果他们能够找出如何将这些数据纳入其模型的话。
科学家目前无法充分利用地球静止卫星（位于地球上特定位置上方）和极地轨道卫星（绕地球两极运行）收集的大量信息。这是一个长期存在的问题，其根源在于收集的数据类型以及预报员尝试将测量结果整合到天气模型中时产生的大量不确定性。现在，研究人员开始克服这些技术挑战，并在短期和长期预报方面都取得了令人鼓舞的成果。
地球静止业务环境卫星-17 (GOES-17) 将占据赤道太平洋上空的位置。当其数据与已停放在大西洋上空的相同 GOES-16 的数据结合使用时，它们将监测从非洲到新西兰的地球。世界各地的天气预报员都使用此类地球静止卫星来监测风暴，并且他们的模型纳入了关于大气湿度以及风速和风向的有限数据。
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“这里蕴藏着巨大的信息宝藏，”宾夕法尼亚州立大学帕克分校的气象学家张福青说。他已尝试将卫星上一些未使用的信息纳入其模型中，并取得了可喜的成果。“我们可以展示天气预报的显著改进，但您确实需要投入专门的研究工作。”
数据需求
在目前正在《美国气象学会公报》上评审的一项研究中，张和他的同事表明，将 GOES-16 的高分辨率数据纳入实验性天气模型，增强了对 8 月袭击得克萨斯州的飓风哈维早期发展和强度的预测。
如果没有额外的数据，预测显示这场风暴将发展成 1 级飓风；而实际上，它在登陆前发展成了 4 级超级飓风。张还尝试将额外的信息纳入美国国家气象局计划最早在今年推出的新天气模型中。额外的数据改进了对降水量和风暴路径的预测。
将此类数据纳入模型一直很困难，部分原因是地球静止数据为大气任何给定垂直切面提供的测量值少于极地轨道卫星，后者以较低的高度环绕地球运行。这意味着，在将数据转换为模型可以使用的测量值（例如气温和湿度）时，研究人员掌握的信息较少，不确定性也较高。
“这并非易事，”美国国家海洋和大气管理局位于科罗拉多州柯林斯堡的研究气象学家丹·林赛说，他目前从事 GOES 卫星系列 的研究。“您不能只是拍摄一张卫星图像，然后将其直接塞入模型中。”
威斯康星大学麦迪逊分校气象卫星研究合作研究所的大气科学家杰森·奥特金说，这方面的科学发展一直很缓慢，因为当预报模型每六小时才运行一次时，对持续数据流的需求较少。现在，各机构正在转向更频繁的预报，使用可以利用大量高分辨率数据的模型。
“如果说地球静止传感器的价值在不断提升，那也只是随着时间的推移而增加，”奥特金说。
向前推进
气象学家也一直在努力将极地轨道卫星拍摄的云区测量值纳入模型。这是因为云层的微物理学比晴朗的天空更复杂，因此即使模型中出现微小误差，也可能演变成预报中的巨大不确定性。英国雷丁欧洲中期天气预报中心 (ECMWF) 的大气科学家艾伦·吉尔说，这才是根本问题。“正是那些有云和降水的区域与最有趣的天气有关。”
欧洲中期天气预报中心在该领域处于领先地位已有十多年，现在已纳入极地轨道卫星拍摄的云区的大部分数据；大多数主要的政府预报中心现在都在效仿。张引用了一项未发表的分析，该分析比较了欧洲模型和新的美国国家气象局模型。在使用欧洲中期天气预报中心的完整大气数据套件时，美国模型的平均表现与欧洲模型一样好，甚至更好。但是，当研究人员使用美国预报计划的常用数据运行相同的模型时，结果却不尽如人意。
张说，对美国来说，教训是卫星和模型是不够的。“我们国家在发射漂亮的卫星上投入了大量资金，但我们并没有真正投入那么多精力来研究如何将卫星信息纳入模型中。”