老式气象气球如何预示厄玛飓风的路径

预报员依赖卫星和飞行来追踪飓风,但气球增加了关键的精确度  

2017年9月7日,在密苏里州斯普林菲尔德国家气象局办公室,工作人员梅根·特里准备发射气象气球,这是为了更好地预测飓风厄玛的行为而采取的努力的一部分。

汤姆·奥尔森 NOAA

本周,每六个小时,在一次气象编排中,数十个国家气象局(NWS)办公室同时释放气象气球。这是一项旨在帮助回答一个大问号的努力,这个问号本周一直阴森地笼罩在佛罗里达州上空,随着飓风厄玛的逼近:这个州,如果有的话,哪个部分将承受有史以来在北大西洋测得的最强飓风之一的冲击,这场风暴已经在加勒比地区留下了破坏的痕迹?

来自卫星的高分辨率图像和戏剧性的“飓风猎人”飞入5级风暴的飞行都获得了所有的荣耀。但是,尽管它们是飓风预测的重要方法,但自20世纪30年代以来一直是气象界中坚力量的老式气象气球,可以提供关于大型天气模式相互交织的难题的一些最详细、最可靠的数据,这些模式最终决定了像厄玛这样的风暴的去向。当它们像孩子松开手中的派对气球一样被释放后,它们携带的仪器会测量从地面到平流层的大气状态,提供美国东部整个区域大气层的即时三维横截面。然后,这些数据被输入到天气模型中,希望能够让预报员更清楚地了解厄玛的未来。“这次风暴将会对某些人造成毁灭性的打击,”密苏里州斯普林菲尔德国家气象局办公室的气象学家迈克·格里芬说。

预报员几天前就知道厄玛将向北转向美国大陆,但他们不知道确切的转向时间——而在这种情况下,“何时”对于风暴最终袭击哪里、可能造成什么样的破坏以及官员尽早下令疏散的能力至关重要。为了弄清楚这一点,预报员必须观察给密苏里州带来晴朗天气或给弗吉尼亚州带来降雨的相同天气模式,因为这些模式也提供了推动和拉动飓风移动的力量。


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到目前为止,厄玛正被西大西洋上空的高压区推向西移。但预计它将借助美国东部正在形成的低压槽的拉力向北转向。如果低压槽强大并深入美国东南部,厄玛将更快地转向,并可能袭击佛罗里达州、佐治亚州和南卡罗来纳州的海岸,给人口密集的海岸线带来毁灭性的风暴潮和狂风。但如果低压槽较弱并保持在更北的位置,厄玛可能会在其旅程的后期转向,并沿着佛罗里达州中部或西海岸移动,从而最大限度地减少风暴潮风险(因为其最强风将向近海吹拂)。

尽管最先进的卫星持续监测更大的天气状况,但它们是基于它们检测到的光波长来间接测量风和水蒸气等事物,因此它们不如直接测量准确,美国国家海洋和大气管理局飓风研究部的西姆·阿伯森说。这就是气象气球提供的高质量直接测量的用武之地。

这项技术并不花哨。每个五英尺直径的气球都携带一个小的、可消耗的仪器包,它被包裹在泡沫塑料中,并在从地面上升到100,000英尺的高度时测量湿度、温度和风。它将数据无线电回传,提供大气层大部分深度的详细横截面快照。这些信息被插入天气模型中,为预测提供初始条件。这些测量结果还有助于为卫星所看到的情况提供地面真相。

在正常情况下,全国各地的国家气象局办公室每12小时同时释放一次气象气球,阿伯森说,这种安排通常足以了解大气层的状况。但是,由于对可能具有历史意义的风暴的预测不确定,国家飓风中心周日要求几个国家气象局办公室进行额外的气球释放,以便将更多的高质量数据输入模型,希望能改善预测。美国国家气象局天气预报中心预报业务部主管格雷格·卡宾说:“这里的想法是,更详细的信息,具有相对较高的准确性,可能会有利于预测。”这将使预报员更好地了解美国东部上空的低压槽将有多强和多深。

根据国家气象局的母公司NOAA的说法,额外的释放从美国中部开始,然后向东扩展到包括52个国家气象局办公室。格里芬说,这种大规模的协调努力,包括额外的发射,是相当罕见的,通常只用于可能造成重大破坏并带有特别不确定预测的飓风。参与厄玛行动的俄克拉荷马州诺曼国家气象局办公室的预报员达里尔·威廉姆斯说,上次发生这种情况是在2012年飓风桑迪来临之前,当时预报员试图衡量影响桑迪路径的冷锋的进展。例如,当预报员预计会爆发强风暴和龙卷风时,有时也会在区域范围内使用额外的释放。

预报员表示,只要国家飓风中心要求,国家气象局办公室就会进行额外的发射——可能至少到周五,届时他们希望更好地掌握谁在风暴的路径中。

Andrea Thompson is an associate editor covering the environment, energy and earth sciences. She has been covering these issues for 16 years. Prior to joining 大众科学, she was a senior writer covering climate science at Climate Central and a reporter and editor at Live Science, where she primarily covered earth science and the environment. She has moderated panels, including as part of the United Nations Sustainable Development Media Zone, and appeared in radio and television interviews on major networks. She holds a graduate degree in science, health and environmental reporting from New York University, as well as a B.S. and an M.S. in atmospheric chemistry from the Georgia Institute of Technology. Follow Thompson on Bluesky @andreatweather.bsky.social

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