當(dāng)下，全球變暖導(dǎo)致極端干旱高溫事件加劇，地球水資源可持續(xù)發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)。2018年第39次世界氣候研究計(jì)劃（WCRP）聯(lián)合科學(xué)委員會(huì)會(huì)議提出的七大科學(xué)計(jì)劃中，云、環(huán)流和氣候敏感性，氣候系統(tǒng)的碳反饋、天氣和氣候極端事件，糧食生產(chǎn)用水，以及短期氣候預(yù)測(cè)等亟待解決的科學(xué)前沿，均與大氣中的云降水有關(guān)，這需要從全球大尺度到雨（雪）水凝物的微物理尺度更精確地測(cè)量降水。
福建省氣象局“基于全球降水觀測(cè)GPM的云降水特征觀測(cè)研究進(jìn)展”研究報(bào)告，跟蹤國(guó)際最新科技動(dòng)態(tài)，為上述領(lǐng)域研究提供了重要參考。
云和降水觀測(cè)研究是全球水循環(huán)研究的重要環(huán)節(jié)之一。2014年2月，繼“熱帶降雨觀測(cè)任務(wù)系統(tǒng)”（TRMM）成功實(shí)施后，美國(guó)宇航局全球降水觀測(cè)任務(wù)（GPM）啟動(dòng)。熱帶降雨觀測(cè)任務(wù)系統(tǒng)由10顆衛(wèi)星組成，其中核心觀測(cè)平臺(tái)(GPM-CO)上搭載了Ku、Ka波段雙頻降水雷達(dá)（DPR）和多波段微波成像儀（GMI），可在全球范圍內(nèi)對(duì)降水進(jìn)行量化觀測(cè)，有利于提高水文、氣候和天氣數(shù)值模擬及其預(yù)測(cè)能力。
由于GPM在軌時(shí)間不長(zhǎng)，在云降水特征觀測(cè)研究中，利用該數(shù)據(jù)多結(jié)合再分析數(shù)據(jù)、上一代降水觀測(cè)TRMM、地基雷達(dá)觀測(cè)等多源資料，主要涉及大氣河及其造成的極端降水事件、熱帶氣旋降水結(jié)構(gòu)、冰雹強(qiáng)對(duì)流以及降雪觀測(cè)等諸多方面研究。
大氣河是中緯度海洋和海岸帶降水的“主要貢獻(xiàn)者”，容易造成溫帶氣旋極端降水。由于缺乏海洋觀測(cè)，人們對(duì)大氣河的研究和預(yù)測(cè)仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，而GPM衛(wèi)星觀測(cè)填補(bǔ)了這一觀測(cè)數(shù)據(jù)空白，有助于開展全球大氣河的分布、起源、結(jié)構(gòu)和移動(dòng)路徑等方面研究。
熱帶氣旋引起的內(nèi)陸洪水、風(fēng)暴潮和風(fēng)災(zāi)可導(dǎo)致人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熱帶氣旋的降雨量和強(qiáng)度至關(guān)重要。利用GPM-DPR對(duì)熱帶氣旋登陸前在海面上的結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀測(cè)，彌補(bǔ)了地基天氣雷達(dá)觀測(cè)范圍的不足；結(jié)合多普勒天氣雷達(dá)觀測(cè)，可用于分析臺(tái)風(fēng)登陸過程中與暴雨相關(guān)的微物理和動(dòng)力學(xué)特征。
由于早期TRMM衛(wèi)星觀測(cè)主要聚焦熱帶地區(qū)，對(duì)中緯度地區(qū)觀測(cè)研究有限，特別是對(duì)不同降水類型的三維結(jié)構(gòu)方面研究較為薄弱，因此，GPM為我國(guó)中緯度地區(qū)開展不同云狀降水特征的觀測(cè)提供了新手段。同時(shí)，利用GPM的星載微波輻射計(jì)高頻模式能捕捉到從小冰雹/霰到特大冰雹的信號(hào)，從而建立緊湊靈活的冰雹衛(wèi)星探測(cè)識(shí)別方案。
此外，由于雪花顆粒的復(fù)雜性、雪花冰凍表面散射特征的干擾、觀測(cè)值與反演結(jié)果之間的非線性關(guān)系等，開發(fā)準(zhǔn)確的衛(wèi)星降雪估算方案一直是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。GPM-CO在非太陽同步軌道上飛行，允許其在北極圈和南極圈內(nèi)檢索降水信號(hào)，因此探測(cè)降雪也是GPM任務(wù)的關(guān)鍵內(nèi)容，目前，主要集中在極端降雪事件中降雪垂直結(jié)構(gòu)的研究。
GPM降水觀測(cè)為WCRP提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可提高科學(xué)界對(duì)大氣環(huán)流模式的認(rèn)識(shí)，確定降水在氣候敏感性中的作用，對(duì)極端天氣進(jìn)行編目，評(píng)估世界農(nóng)業(yè)、食物產(chǎn)量的降水量輸入，并提供關(guān)鍵觀測(cè)數(shù)據(jù)，完善降水量建模假設(shè)，從而改進(jìn)氣候預(yù)測(cè)模型。
近年來，GPM在我國(guó)江淮梅雨、近海臺(tái)風(fēng)（熱帶氣旋）、西北干旱半干旱地區(qū)的降水云系垂直結(jié)構(gòu)、微物理過程等方面觀測(cè)研究中也取得了一系列進(jìn)展，有助于進(jìn)一步分析研究我國(guó)不同降水類型宏微觀物理過程間的相互作用機(jī)制。
截至目前，GPM持續(xù)為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)劃，未來GPM觀測(cè)將在云降水科學(xué)研究中涉及以下主題，一是GPM-CO觀測(cè)到的降水系統(tǒng)的微物理和物理性質(zhì)研究，如極端事件的降水特征；二是建立全球降水和環(huán)流模式調(diào)用的長(zhǎng)期降水?dāng)?shù)據(jù)集，如其在ENSO和其他全球氣候變化方面的可變性；三是研究從月到季（平均地表降水量、降水日變化、降水垂直結(jié)構(gòu)）的精細(xì)尺度區(qū)域降水氣候?qū)W特征。（作者：李冬梅 林文）
