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一双“慧眼”识沙尘

来源：科普中国

近期，北方连遭多场严重的沙尘天气，黄沙“任性”地闯入、回流和离去，让不少小伙伴感叹：“吃土”的季节又到了！今年的沙尘暴如此的任性和反复无常，它们是否有迹可寻呢？今天，咱们就借着卫星的“慧眼”来认识一下这个让北京等十几个省市“吃土”的“网红”吧。

捕捉沙尘踪迹神器

沙尘暴在我国北方的春天里是并不少见的天气现象。除了给人们的生活带来不便，还会严重影响空气质量，造成环境污染，对其监测和预警早已是气象部门重要任务之一。目前，利用卫星遥感技术监测沙尘暴是最有效的手段。那么，沙尘的源头在哪里？移动到了哪里？它的强度、速度、面积和危害有多大？它为什么跟台风长得那么像？面对大众关注的问题，卫星云图其实可以找出答案。

3月27日一早，卫星科技工作者在云图影像上发现蒙古国出现沙尘天气，受东移蒙古气旋影响，沙尘下午已蔓延到蒙古国南部、我国内蒙古西部和中部偏北地区。连续不断的动态监测云图显示出：沙尘区继续向东南方向扩散，到下午三点时沙尘可视面积约为39.8万平方公里。看着沙尘随着蒙古气旋继续东移南下，再结合地面其他监测手段和多年的预报经验，中国气象局天气预报专家向公众发布了华北北部、东北地区西部河北北部、北京市、天津市等地也将出现沙尘天气的预报。经媒体一则“沙尘暴来势汹汹！卫星监测沙尘可视面积已达39.8万平方公里”的新闻，事件瞬间冲上热搜，而这天距离3月15日那则新闻 “沙尘暴来了，卫星可视的沙尘区面积约为46.6万平方公里”，不过区区12天时间。

十几分钟出监测结果

卫星到底是怎样辨识黄沙的呢？

众所周知，沙尘中含有大量矿物质，这些沙尘粒子会吸收和散射太阳辐射及地面和云层的长波辐射等并对地球造成影响，这就使其有了自己的光谱特征。比对沙尘暴光谱特征与其他物质光谱特征的差异，通过卫星携带探测仪上不同的探测通道数值的组合，辨别沙尘暴信息。在三通道彩色合成卫星图像中，技术人员通过颜色、色调、纹理和形状等特征识别出沙尘暴区域及其面积。再通过多时次的动态图像和遥感数据处理分析，就可以确定沙尘暴的起源地、移动路径、移动速度、影响区域和未来推进方向及其有关的动态信息。

当然，卫星监测沙尘暴是否准确，受云遮蔽、地面沙化和裸露、卫星监测频率低这三个因素影响。

云遮蔽盖会导致沙尘暴的信息被屏蔽；地面沙化和裸露则让沙尘信息的辨识难度增加；卫星监测频率低会漏掉某些沙尘暴过程或某次过程中的某个阶段。前两个因素是客观存在的，目前还缺少更好的手段规避，但最后一个因素可以说已经得到了有效的解决。因为我国风云三号D星和风云四号A星在太空业务运行分别可完成更高分辨率、更高频次的观测，特别是风云四号气象卫星每五分钟就能获得一次监测图像，对沙尘暴的监测几乎达到准实时的标准，从光谱信息被捕捉、传到地面后，再通过数据处理，形成监测图像和处理数据，基本上十几分钟就能得出监测结果。

沙尘暴和台风不是亲“兄弟”

经常留意卫星云图的人会有个问题：这沙尘暴形状怎么那么像台风，它俩是不是“兄弟”呀？20年前我曾也有过这样的疑问，但今天我可以给出明确的回答：它俩还真不是亲“兄弟”，但确实沾点亲带点故。因为它俩同属气旋家族，对我国有影响的沙尘暴属“蒙古气旋”，台风属“热带气旋”；同属一个气象卫星“摄影师”；同是空气漩涡和低压系统；都拥有看上去相似的漩涡形状和旋转方向。

将2019年“南派利奇马”和本次“北派沙尘暴”卫星云图比较，不难看到，它们具有鲜明特质的南派和北派“画风”：南派挥洒自如、北派刻画细腻；南派自由松散“内含刚柔”，北派严密紧凑“外露筋骨”；南派大海背景蔚蓝深邃，北派底色沙丘纹理清晰；南派似偏重写意，北派似雕刻技法。 图片由方萌提供

然而，它俩拥有更多的不同点。第一，出生地不同。一北一南，前者通常出生于北纬40°-50°蒙古中部和东部高原一带。该地区的西部、西北部多高山，中部和东部处于背风坡，特别利于气旋的生成和发展。后者通常出生热带、副热带洋面，水温高于26℃的广阔太平洋热带洋面以及南海海域。第二，它们出生的时间不同，一个春季多发，一个夏季多发。第三，两者结构和维生手段不同。沙尘暴的后部（西侧）有冷空气往下甩，遇暖空气北上时冷暖空气旋转、交锋，常在东北或华北地区时达到最强，维生的“套餐”通常有大风、沙尘、降温甚至降水；台风为正压、无锋面的暖心系统，主要依靠来自热带海洋的水汽和热量“填饱肚子”来维持和发展，强烈时中心（台风眼）还会出现晴空区。第四，移动路径不同，前者出生后往往向东（进入内蒙古后经东北平原沿松花江下游继续东移）或向东南（进入我国华北，入渤海再经朝鲜半岛东去）移动。后者出生后通常向西北方向移动。第五，影响的区域不同。前者对我国北方的天气影响很大，途径之处常常伴随大风、降温和沙尘天气，也可能会出现强对流降雨，如果很强大甚至会影响到南方空气能见度。后者造成的云雨主要出现在台风眼周围区域，通常对华南地区影响较大，但夏末初秋的台风如果很强，也会影响到北方，2019年的利奇马就曾到达东北显其余威。

显然，沙尘暴和台风最多也就是外表有点相像的“亲戚”。

关键词： 光谱特征 蒙古气旋 监测频率

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