全球首颗风测绘卫星即将发射 有望改善天气预报精确度

能吹落秋天的金叶，能开出春天美丽的花朵。风对我们来说并不陌生。它总是在我们身边，像母亲的手一样抚摸着我们的脸。一瞬间，它又像一个恶灵，疯狂地敲打着我们的身体。简而言之，风是喜怒无常的，不可预测的，我们对此知之甚少。

然而，这种情况即将改变，世界上第一颗能够完全监测风的“一举一动”的卫星将很快发射。据英国《自然》杂志网站8月18日报道，经过近20年的规划，欧洲航天局航天器家族的“风神”任务将于21日从法属圭亚那沿海城市库鲁发射。气象学家认为，由于缺少详细的测风数据是全球地球观测系统中最大的差距之一，沈峰提供的数据将大大提高天气预报的准确性。

图片说明:欧洲沈峰卫星提供的数据将改善热带地区的风力预报。来源:自然杂志

用激光跟踪风

到目前为止，气象学家一直在拼凑不同来源的风相关信息--气象气球和飞行中的飞机。尽管科学家可以通过卫星测量云的运动来推断风速和风向，但迄今为止还没有卫星直接测量风速，新的“沈峰”任务将结束这段历史。

耗资5.5亿美元的“风神”任务将使用紫外激光跟踪大气下30公里处的风速和风向。研究人员在飞机上使用了类似的激光来研究特定区域的风况，但是沈峰将是第一个全球风测绘任务。

1999年，欧空局开始执行这项任务，它以希腊神话中的中风守护者命名。该项目的项目经理安德斯·埃尔夫·温说:“这的确是一个漫长而缓慢的旅程。”

荷兰皇家气象研究所的大气物理学家Ade stofferen也深感忧虑:“我们从1999年就开始设计这颗卫星，看到它即将发射真的很令人兴奋。”

空间激光器的发展成为最大的挑战

为什么这颗卫星用了大约20年的时间才从人们的大脑到达发射台？最根本的原因是很难制造出每脉冲能产生10兆瓦能量的太空激光器。据报道，在研制过程中，激光发射最初在系统的光学仪器上形成了一层薄薄的深色物质。工程师们最终向设备中加入了少量的氧气(少于叶片光合作用产生的氧气量)，以保护仪器表面免受污染。

风神的激光每秒可以发射50次极光，因此它可以用数十亿个紫外光子照亮地球大气层。数百个这样的光子将从空气分子和粒子上反弹回来，并被反射回飞船上的1.5米望远镜。“风神”不仅能测量反射距离——给出风的高度——还能测量分子来回运动时产生的波长的微小变化。

这种“多普勒频移”使科学家能够计算风速和风向。德国航空航天中心的大气物理学家奥利弗·瑞德·布彻说:“这比仅仅测量反信号更具挑战性。”瑞德·布彻驾驶这架飞机在风神上测试相关技术。这一信息将使科学家能够追踪大气中不同高度的不同风速。这些信息对于理解发展中的风暴至关重要，在世界范围内无法通过任何其他方式获得。

天气预报的准确性将会提高

沈峰提供的数据将被纳入数值天气预报。在数值天气预报中，国家气象局将综合气温、气压和湿度等大气条件来生成未来几天的预报。没有风的数据会导致严重的错误:在一项研究中，ECMWF分析了2014年3月欧洲的一场暴雨，发现如果他们几天前有更好的太平洋风相关数据，他们就能更准确地预测即将到来的暴雨。

如果“风神”任务按计划进行，它提供的数据可以大大改善热带地区的天气预报，部分原因是该地区的气象气球相对较少。在热带地区，风和其他大气因素之间的耦合程度也不高，这意味着当温度和压力等数据已知时，这里比中纬度地区更难猜测风速和风向。

此外，风神提供的数据还可以将地球中高纬度地区的天气预报精度提高几个百分点。欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的气象学家拉斯·伊萨克森说:“这听起来不算多，但如果我们能把预测精度提高2%，它将为社会创造数十亿美元。例如，更好的预测可以让人们更好地为暴风雨做准备。

然而，法国气象预报机构的气象学家阿兰达·巴斯说，风神的激光无法穿透厚云，因此无法穿透飓风等风暴系统。

然而，风神将能够追踪其他现象，如撒哈拉沙漠中卷起的灰尘或不同高度漂浮的污染物。美国鲍尔航空公司的工程师莎拉·塔克从事激光测风，她说:“我相信风神会有一些有趣的发现。”

如果“风神”成功发射，任务控制员计划在9月启动激光系统。第一批数据将于2019年1月底到达，并在4月前插入预测系统。目标是在卫星收集风能后三小时内进行测量。

世界气象组织全球综合观测系统的负责人拉斯·皮特-雷夏哈德说，尽管该航天器的使用寿命为三年，但如果风神的技术得到证实，它可能有助于为未来的测风卫星铺平道路，研究人员希望继续为其开发后续任务。