在我国东北及周边地区，有一种特殊的天气系统常常“兴风作浪”——东北冷涡。这种盘踞在中高纬度上空的旋转冷气团，能引发暴雨、冰雹、强风以及极端低温等灾害性天气，影响范围广且生命周期长达5至7天。如何实时“捕捉”它的动向、摸清它的“脾气”，一直是气象工作者的研究重点。

国家卫星气象中心（国家空间天气监测预警中心）正高级工程师任素玲等专家团队，首次将我国新一代静止气象卫星风云四号B星（FY-4B）数据应用于东北冷涡监测，系统评估了卫星反演的大气运动矢量（AMV）和温度产品在冷涡追踪中的效果，为实时掌握冷涡动态、提升灾害性天气监测预警能力提供了关键技术支撑。

突破局限 织就 “时空密网”

监测和识别东北冷涡的核心在于捕捉其位势高度、风场和温度的变化。但传统观测手段存在明显短板。地面探空站数据时间频次低（每天两次），空间分辨率有限，难以记录冷涡中心位置连续演变；再分析数据虽覆盖广泛，但存在显著时间延迟，无法满足实时业务服务需求；极轨卫星受观测频次限制，难以追踪快速变化的天气系统。

风云四号B星产品的应用，为解决这一难题带来转机。任素玲介绍，风云四号B星搭载的先进静止辐射成像仪（AGRI）每15分钟就能反演出一幅全圆盘的AMV风场（指根据卫星图像上目标物的移动估计大气中的风矢量），相当于给高空风场“拍快照”，精准记录风速、风向的变化；干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）则能每2小时提供一次分辨率达12公里的三维温度廓线，清晰呈现大气温度垂直分布，从而实现对流层中上层的“全天候”“高频次”追踪。

风云四号B星产品在实际应用中是否可靠？为验证其数据准确性，研究团队选取全球探空档案（IGRA）中东北冷涡活动区域内56个气象站的观测数据，将AMV产品3个水汽通道和1个长波红外通道的风速和风向数据，以及卫星温度廓线与探空站数据进行对比。结果显示，在200—400 百帕高度层，AMV数据质量较好，与探空观测的风速相关系数较高且均方根误差较小；温度数据与探空观测数据的相关系数也较高，在500 百帕高度的数据质量更优。数据证明，风云四号B星具备捕捉冷涡关键特征的能力。

因“季”施策 细化追踪重点

东北冷涡全年均可发生。夏季，冷涡常伴随强对流天气，频繁给内蒙古东部、东北地区、华北地区以及黄淮和江淮地区带来雷暴、大风、强降水和冰雹；冬季，冷涡与我国的极端低温事件相关，常引发雨雪和严重冰冻天气。

那么在不同季节，风云四号B星AMV和温度产品都适用于追踪冷涡中心吗？其效果有何区别？“我们选取了2023年7月和11月各一次强冷涡事件，使用卫星产品进行识别。”任素玲说。

结果表明，卫星产品的应用存在季节性差异。夏季冷涡活动伴随旺盛云系，红外云图和水汽图像的变化更为明显，能够反演出更多的AMV数据。相比之下，温度数据在部分区域存在缺失，尤其是在北纬55°以北地区，温度覆盖稀疏，难以形成均匀的温度场。因此，风场信息在夏季追踪冷涡中心方面更具优势；冬季冷涡云系较弱，水汽分布均匀，反演的AMV数量相对较少，但少云条件让500百帕温度数据覆盖更完整，更有利于定位冷涡中心。

基于这种差异，团队提出“季节性策略”——夏季侧重AMV风场追踪，冬季强化温度数据应用，进一步提升了冷涡监测的可靠性。

当前，随着2024年风云四号B星从东经133°漂移至东经105°，其观测范围向西扩展，为冷涡活动区域提供了更优的上游观测视角；其搭载的GIIRS不仅能获取温度数据，还可反演湿度信息，结合温湿度数据，有望更深入解析冷涡结构，以及冷涡引发的灾害性天气的大气分层及能量特征；此外，AMV 还可提供对流层上层的动力特征信息，可用于及时监测与冷涡相关的降水强度和分布、强雷暴等灾害性天气。

团队表示，未来需进一步研究基于卫星AMV和温度数据的冷涡客观识别方法，并开展长期序列识别的准确性分析，从而实现业务应用的目标，让这个“太空气象站”在防灾减灾中发挥更大作用。（相关研究成果详见《气象学报（英文版）》）

（作者：闫辰宇?责任编辑：张林）