在我國(guó)東北及周邊地區(qū)，有一種特殊的天氣系統(tǒng)常?！芭d風(fēng)作浪”——東北冷渦。這種盤踞在中高緯度上空的旋轉(zhuǎn)冷氣團(tuán)，能引發(fā)暴雨、冰雹、強(qiáng)風(fēng)以及極端低溫等災(zāi)害性天氣，影響范圍廣且生命周期長(zhǎng)達(dá)5至7天。如何實(shí)時(shí)“捕捉”它的動(dòng)向、摸清它的“脾氣”，一直是氣象工作者的研究重點(diǎn)。
國(guó)家衛(wèi)星氣象中心（國(guó)家空間天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警中心）正高級(jí)工程師任素玲等專家團(tuán)隊(duì)，首次將我國(guó)新一代靜止氣象衛(wèi)星風(fēng)云四號(hào) B星（FY-4B）數(shù)據(jù)應(yīng)用于東北冷渦監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)評(píng)估了衛(wèi)星反演的大氣運(yùn)動(dòng)矢量（AMV）和溫度產(chǎn)品在冷渦追蹤中的效果，為實(shí)時(shí)掌握冷渦動(dòng)態(tài)、提升災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警能力提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。
圖為2022年6月11日風(fēng)云氣象衛(wèi)星下東北冷渦彩色圖像。來源：國(guó)家衛(wèi)星氣象中心
突破局限織就“時(shí)空密網(wǎng)”
監(jiān)測(cè)和識(shí)別東北冷渦的核心在于捕捉其位勢(shì)高度、風(fēng)場(chǎng)和溫度的變化。但傳統(tǒng)觀測(cè)手段存在明顯短板。地面探空站數(shù)據(jù)時(shí)間頻次低（每天兩次），空間分辨率有限，難以記錄冷渦中心位置連續(xù)演變；再分析數(shù)據(jù)雖覆蓋廣泛，但存在顯著時(shí)間延遲，無法滿足實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)需求；極軌衛(wèi)星受觀測(cè)頻次限制，難以追蹤快速變化的天氣系統(tǒng)。
風(fēng)云四號(hào) B星產(chǎn)品的應(yīng)用，為解決這一難題帶來轉(zhuǎn)機(jī)。任素玲介紹，風(fēng)云四號(hào)B星搭載的先進(jìn)靜止輻射成像儀（AGRI）每15分鐘就能反演出一幅全圓盤的 AMV風(fēng)場(chǎng)（指根據(jù)衛(wèi)星圖像上目標(biāo)物的移動(dòng)估計(jì)大氣中的風(fēng)矢量），相當(dāng)于給高空風(fēng)場(chǎng)“拍快照”，精準(zhǔn)記錄風(fēng)速、風(fēng)向的變化；干涉式大氣垂直探測(cè)儀（GIIRS）則能每2小時(shí)提供一次分辨率達(dá)12公里的三維溫度廓線，清晰呈現(xiàn)大氣溫度垂直分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)流層中上層的“全天候”“高頻次”追蹤。
風(fēng)云四號(hào) B星產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中是否可靠？為驗(yàn)證其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，研究團(tuán)隊(duì)選取全球探空檔案（IGRA）中東北冷渦活動(dòng)區(qū)域內(nèi)56個(gè)氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，將 AMV產(chǎn)品3個(gè)水汽通道和1個(gè)長(zhǎng)波紅外通道的風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星溫度廓線與探空站數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示，在200—400百帕高度層，AMV數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，與探空觀測(cè)的風(fēng)速相關(guān)系數(shù)較高且均方根誤差較?。粶囟葦?shù)據(jù)與探空觀測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)也較高，在500百帕高度的數(shù)據(jù)質(zhì)量更優(yōu)。數(shù)據(jù)證明，風(fēng)云四號(hào) B星具備捕捉冷渦關(guān)鍵特征的能力。
因“季”施策細(xì)化追蹤重點(diǎn)
東北冷渦全年均可發(fā)生。夏季，冷渦常伴隨強(qiáng)對(duì)流天氣，頻繁給內(nèi)蒙古東部、東北地區(qū)、華北地區(qū)以及黃淮和江淮地區(qū)帶來雷暴、大風(fēng)、強(qiáng)降水和冰雹；冬季，冷渦與我國(guó)的極端低溫事件相關(guān)，常引發(fā)雨雪和嚴(yán)重冰凍天氣。
那么在不同季節(jié)，風(fēng)云四號(hào) B星 AMV和溫度產(chǎn)品都適用于追蹤冷渦中心嗎？其效果有何區(qū)別？“我們選取了2023年7月和11月各一次強(qiáng)冷渦事件，使用衛(wèi)星產(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別?！比嗡亓嵴f。
結(jié)果表明，衛(wèi)星產(chǎn)品的應(yīng)用存在季節(jié)性差異。夏季冷渦活動(dòng)伴隨旺盛云系，紅外云圖和水汽圖像的變化更為明顯，能夠反演出更多的 AMV數(shù)據(jù)。相比之下，溫度數(shù)據(jù)在部分區(qū)域存在缺失，尤其是在北緯55°以北地區(qū)，溫度覆蓋稀疏，難以形成均勻的溫度場(chǎng)。因此，風(fēng)場(chǎng)信息在夏季追蹤冷渦中心方面更具優(yōu)勢(shì)；冬季冷渦云系較弱，水汽分布均勻，反演的 AMV數(shù)量相對(duì)較少，但少云條件讓500百帕溫度數(shù)據(jù)覆蓋更完整，更有利于定位冷渦中心。
基于這種差異，團(tuán)隊(duì)提出“季節(jié)性策略”——夏季側(cè)重 AMV風(fēng)場(chǎng)追蹤，冬季強(qiáng)化溫度數(shù)據(jù)應(yīng)用，進(jìn)一步提升了冷渦監(jiān)測(cè)的可靠性。
當(dāng)前，隨著2024年風(fēng)云四號(hào) B星從東經(jīng)133°漂移至東經(jīng)105°，其觀測(cè)范圍向西擴(kuò)展，為冷渦活動(dòng)區(qū)域提供了更優(yōu)的上游觀測(cè)視角；其搭載的 GIIRS不僅能獲取溫度數(shù)據(jù)，還可反演濕度信息，結(jié)合溫濕度數(shù)據(jù)，有望更深入解析冷渦結(jié)構(gòu)，以及冷渦引發(fā)的災(zāi)害性天氣的大氣分層及能量特征；此外，AMV還可提供對(duì)流層上層的動(dòng)力特征信息，可用于及時(shí)監(jiān)測(cè)與冷渦相關(guān)的降水強(qiáng)度和分布、強(qiáng)雷暴等災(zāi)害性天氣。
團(tuán)隊(duì)表示，未來需進(jìn)一步研究基于衛(wèi)星 AMV和溫度數(shù)據(jù)的冷渦客觀識(shí)別方法，并開展長(zhǎng)期序列識(shí)別的準(zhǔn)確性分析，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)應(yīng)用的目標(biāo)，讓這個(gè)“太空氣象站”在防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮更大作用。（相關(guān)研究成果詳見《氣象學(xué)報(bào)（英文版）》）
引用本文:?任素玲，毛冬艷*，楊冰韻，牛寧，等.?2025:?用FY-4B衛(wèi)星高分辨率云導(dǎo)風(fēng)和溫度產(chǎn)品識(shí)別東北冷渦.?氣象學(xué)報(bào)（英文版）,?39(2), 223–239,
http://jmr.cmsjournal.net/article/doi/10.1007/s13351-025-4136-z
Citation:
Ren, S. L., D. Y. Mao, B. Y. Yang, et al., 2025: Evaluation of high-resolution?FY-4B?AMV and temperature products in tracking the Northeast China Cold Vortex.?J. Meteor. Res.,?39(2), 223–239,?https://doi.org/10.1007/s13351-025-4136-z
（點(diǎn)擊文末“閱讀原文”閱讀論文全文）
中國(guó)氣象報(bào)社 ?出品
作者：閆辰宇
編輯：于桐?苗艷麗
審核：段昊書
互聯(lián)網(wǎng)新聞信息服務(wù)許可證編號(hào):10120240019
【未經(jīng)授權(quán)，嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載！聯(lián)系電話028-86968276】
