劳拉飓风是 2020 年 8 月登陆的四级飓风。劳拉 "猛烈袭击了路易斯安那州西南部,风速高达每小时 150 英里,风暴潮高达 15 英尺,降雨量高达 10 英寸。这场风暴造成 90 多万户家庭断电,损失超过 10 亿美元,26 人丧生。

一群来自多所大学、恶劣天气研究中心和美国国家海洋和大气管理局的科学家和工程师聚集在墨西哥湾沿岸观测风暴。该小组是数字飓风联盟(Digital Hurricane Consortium)的一部分,该联盟是一个伞式组织,负责协调现有的实地部署活动,以收集和分析风、雨、风暴潮和波浪数据。

飓风劳拉接近墨西哥湾沿岸时的卫星图像。
飓风劳拉接近墨西哥湾沿岸时的卫星图像。

来自亨茨维尔阿拉巴马大学(UAH)的科学家们带来了一台名为 "移动阿拉巴马 X 波段双极化雷达(MAX)"的巴伦移动雷达。事实证明,MAX 是收集风和降水数据的重要工具,尤其是在热带和龙卷风事件期间。阿克拉荷马大学恶劣天气研究所--雷达和闪电实验室(SWIRLL)几乎所有的现场作业都使用 MAX。阿克拉荷马大学的科学家将 MAX 与先进气象和业务研究雷达 (ARMOR) 多普勒天气雷达结合使用,以收集潜在龙卷风暴期间边界层的风流数据。ARMOR 是位于亨茨维尔国际机场的巴伦 C 波段双偏振雷达。MAX 雷达与大气剖面探测系统搭配使用时,也能生成宝贵的数据,这些系统可提供温度、风、湿度、云基等的垂直剖面图。

"MAX 的妙处在于它提供了我们进行剖面观测的背景,换句话说就是水平变化。我们可以看到剖面仪位置周围的情况,这样我们就可以将其纳入背景中。在我们没有任何其他雷达覆盖的情况下,MAX 提供了这一功能,"UAH 大气科学教授 Kevin Knupp 说。

MAX 在劳拉飓风期间部署在洛杉矶查尔斯湖附近。
MAX 在劳拉飓风期间部署在洛杉矶查尔斯湖附近。

飓风 "劳拉 "的 MAX 位于洛杉矶查尔斯湖以西的 10 号州际公路立交桥上,距离风暴登陆的洛杉矶卡梅伦以北 30 英里。与 MAX 相隔约 18 公里的是俄克拉荷马大学的 C 波段共享移动大气研究和教学雷达 (SMART)。

"Knupp 说:"这个位置为其中一个移动 C 波段装置提供了一个短基线,这样我们就能获得分辨率更高的边界层气流检索。

MAX 和 SMART 在 20 x 20 千米的范围内收集高分辨率双多普勒检索。这两部雷达配合默契,X 波段 MAX 的较短波长能探测到空气中颗粒的更多细节。C 波段 SMART 的波长较长,在雨中的衰减较小,因此可以覆盖更大的范围。Max 同时进行了海拔二分之一至 25 度的体积扫描和上风方向的范围高度指示器 (RHI) 扫描,以观察风的结构。

来自 MAX 和 SMART 的数据可以进行合并和处理,以恢复大气层多层次的风场,在这种情况下,可能是离地面 200 米到 4 千米的高度。其次是速度方位显示(VAD)分析,包括从 360 度扫描中提取数据。

"我们可以将其分解为总风、风向和风速,"克努普说。"通过观察不同的海拔高度、角度和范围组合,你可以得到一个真正高分辨率的水平风垂直剖面图。

MAX 在对劳拉飓风进行 RHI(范围高度指示器)扫描时收集的速度数据。
MAX 在对劳拉飓风进行 RHI(范围高度指示器)扫描时收集的速度数据。

对飓风劳拉登陆时的 MAX 数据的分析将集中在两个问题上。一个是更好地了解飓风眼和风暴的总体强度在登陆时是如何变化的,以及决定这些变化的因素。事实证明,"劳拉 "对科学家来说是一个非常有价值的飓风,因为它在到达陆地之前就形成了一个巨大的飓风眼,这为 MAX 和路易斯安那州沿岸的其他气象设备提供了进行高质量观测的机会。

工程师们还能利用这些数据分析风速与结构损坏的关系。他们的研究结果可用于设计和建造更能抵御飓风带来的强风的房屋、建筑、桥梁和其他结构。

MAX 在对飓风劳拉进行 RHI(范围高度指示器)扫描时收集的反射率数据。
MAX 在对飓风劳拉进行 RHI(范围高度指示器)扫描时收集的反射率数据。