別人唯恐避之不及 這艘小艇卻偏要鉆到臺(tái)風(fēng)中心看看

　　遇到強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，人人都唯恐避之不及。但是要獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)，就必須接近臺(tái)風(fēng)。近日，我國(guó)研發(fā)的海洋氣象觀測(cè)者-3(MWO-3)半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇迎風(fēng)而上，成功穿過今年第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“森拉克”中心，獲取了臺(tái)風(fēng)發(fā)展過程中高時(shí)間分辨率的洋面氣象及海洋要素?cái)?shù)據(jù)。據(jù)介紹，這也是國(guó)際上首次利用太陽能無人艇主動(dòng)探測(cè)臺(tái)風(fēng)中心。

　　也許有人會(huì)問：我們發(fā)射了那么多氣象衛(wèi)星，地面還有不少氣象雷達(dá)，為什么還要用無人艇來探測(cè)臺(tái)風(fēng)？這艘乘風(fēng)破浪的無人艇具備哪些優(yōu)越的性能？在狂風(fēng)暴雨中穿過臺(tái)風(fēng)中心，無人艇收集到了哪些數(shù)據(jù)？為此，記者采訪了相關(guān)專家，就這些問題一一作出解釋。

　　“看清”臺(tái)風(fēng)內(nèi)部可大幅提高觀測(cè)精度

　　據(jù)了解，在陸地或島嶼上的天氣雷達(dá)能夠探測(cè)周圍200公里以內(nèi)的臺(tái)風(fēng)降水和風(fēng)場(chǎng)，對(duì)于監(jiān)視近岸臺(tái)風(fēng)活動(dòng)能夠起到很好的助力。但雷達(dá)探測(cè)不到海上遠(yuǎn)處的臺(tái)風(fēng)，也無法測(cè)量一些全面反映臺(tái)風(fēng)特征的要素，比如中心氣壓、最大風(fēng)速和臺(tái)風(fēng)處海面水溫等。為了提升臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精細(xì)化水平，需要對(duì)臺(tái)風(fēng)位置、強(qiáng)度等進(jìn)行準(zhǔn)確分析，氣象觀測(cè)人員需要派出“哨兵”到更遠(yuǎn)處監(jiān)測(cè)。

　　相比雷達(dá)而言，衛(wèi)星“站得高”“看得廣”，相應(yīng)地監(jiān)測(cè)范圍也就更大。目前，衛(wèi)星云圖已經(jīng)可以幫助氣象觀測(cè)人員看到全部臺(tái)風(fēng)和熱帶風(fēng)暴，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行定位、定強(qiáng)。但同時(shí)，也正因?yàn)樾l(wèi)星的觀測(cè)位置太高，觀測(cè)結(jié)果的清晰度有時(shí)難以保障，尤其當(dāng)臺(tái)風(fēng)上部被厚厚的卷云覆蓋時(shí)，用衛(wèi)星云圖給臺(tái)風(fēng)定位、定強(qiáng)的難度也會(huì)大大增加，如果不能準(zhǔn)確知道臺(tái)風(fēng)中心位置，氣象觀測(cè)數(shù)值模式也無法準(zhǔn)確描述臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)，觀測(cè)人員就難以準(zhǔn)確地跟蹤和預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的變化，就會(huì)造成預(yù)報(bào)誤差偏大。

　　“衛(wèi)星觀測(cè)作為一種遙感技術(shù)，事實(shí)上不能直接測(cè)得我們氣象預(yù)報(bào)和研究所需要的精準(zhǔn)參數(shù)，比如臺(tái)風(fēng)內(nèi)部的氣壓、溫度和氣流分布等。”無人艇項(xiàng)目首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所研究員陳洪濱告訴科技日?qǐng)?bào)記者。

　　臺(tái)風(fēng)中心氣壓直接決定臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度和臺(tái)風(fēng)的極大風(fēng)速，一般來說，臺(tái)風(fēng)中心氣壓愈低，在臺(tái)風(fēng)范圍內(nèi)氣壓梯度越大，風(fēng)也就越猛烈；如果能夠獲得臺(tái)風(fēng)內(nèi)部風(fēng)力、溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)等各項(xiàng)探測(cè)數(shù)據(jù)，就可以大大提高數(shù)值預(yù)報(bào)的精度。因此，直接探測(cè)臺(tái)風(fēng)中心的海面氣壓、風(fēng)場(chǎng)等要素，對(duì)臺(tái)風(fēng)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)預(yù)警至關(guān)重要。

　　當(dāng)前，有一些臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)機(jī)構(gòu)利用有人和無人駕駛飛機(jī)，飛到臺(tái)風(fēng)某些部位上空，下投帶降落傘的氣象探空儀，測(cè)得的溫度、氣壓、濕度、風(fēng)速和風(fēng)向廓線資料等，顯著提高了臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)的精度。

　　專家告訴記者，對(duì)臺(tái)風(fēng)演變規(guī)律的研究和數(shù)值預(yù)報(bào)精度的提高，需要衛(wèi)星遙感、岸基雷達(dá)、飛機(jī)和海面監(jiān)測(cè)裝置的立體全面探測(cè)。以往在海面實(shí)地監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)，都是使用浮標(biāo)，如今無人艇的加入為臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)提供了更大助力。在這次海上觀測(cè)試驗(yàn)中，MWO-3為中國(guó)氣象局提供了時(shí)間分辨率高達(dá)1分鐘的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)臺(tái)風(fēng)過境時(shí)海面各要素的詳細(xì)變化過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。在航行觀測(cè)過程中，無人艇能夠機(jī)動(dòng)應(yīng)變，獲取最優(yōu)位置的實(shí)時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的海洋浮標(biāo)觀測(cè)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

　　特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造就風(fēng)浪中的不倒翁

　　據(jù)專家介紹，想要經(jīng)得住臺(tái)風(fēng)中大風(fēng)大浪的考驗(yàn)，無人艇的隨浪性要好，或者說自扶正能力要強(qiáng)，這樣才不至于在風(fēng)浪中“翻船”。

　　MWO系列半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇采用雙體筒來保證穩(wěn)定性，也就是在甲板下聯(lián)接兩個(gè)同型體的浮筒，可在水面上提供更大浮力。除此之外，這種設(shè)計(jì)還賦予了無人艇半潛功能，即當(dāng)風(fēng)大浪高時(shí)，無人艇可以自動(dòng)或遠(yuǎn)程控制浮筒的進(jìn)水量，從而使整個(gè)艇體和支架部分沉入水中。由于重心下降，整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了明顯增強(qiáng)，很難出現(xiàn)傾翻的現(xiàn)象。此外，雖然艦體沉入水中但是氣象傳感器卻可以浮在水面之上，仍然可以正常工作，傳感器上的北斗衛(wèi)星天線也可以接收指令和發(fā)出數(shù)據(jù)。這種功能設(shè)計(jì)是MWO系列半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇的一大亮點(diǎn)。

　　8月初，今年的第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“森拉克”來襲時(shí)，MWO-3在風(fēng)浪中展示了其良好的機(jī)動(dòng)性、強(qiáng)抗風(fēng)浪、自動(dòng)探測(cè)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，優(yōu)越的探測(cè)能力得到了驗(yàn)證。

　　除此之外，MWO系列半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇的另一大特點(diǎn)就是利用太陽能作為重要的動(dòng)力源。使用太陽能，一方面清潔無污染，另一方面還能夠保證無人艇可以長(zhǎng)時(shí)間航行。“我們的無人艇設(shè)計(jì)要求是保證海上半年的觀測(cè)運(yùn)行。尤其是在連陰雨天氣時(shí)，依然要保證氣象探測(cè)和定位數(shù)據(jù)可以連續(xù)地傳回地面中心站。”陳洪濱說。

　　無人艇在正式開展臺(tái)風(fēng)探測(cè)之前，研究人員會(huì)對(duì)其進(jìn)行全面測(cè)試，盡可能保證無人艇各項(xiàng)性能的可靠性，尤其是內(nèi)外管線的防水性和無人艇的主動(dòng)避障能力。在本次探測(cè)臺(tái)風(fēng)前，兩艘無人艇在海南省瓊海市潭門中心漁港內(nèi)連續(xù)測(cè)試運(yùn)行近一個(gè)月，于7月22日才正式出海，參加中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心組織開展的“海燕計(jì)劃”試驗(yàn)，在海南省陵水黎族自治縣以東約120公里的洋面上進(jìn)行連續(xù)航行觀測(cè)。

　　8月1日，研究人員根據(jù)衛(wèi)星云圖分析對(duì)航行路線做了規(guī)劃，主動(dòng)接近臺(tái)風(fēng)中心，并觀測(cè)到第3號(hào)臺(tái)風(fēng)“森拉克”從熱帶低壓快速演變?yōu)榕_(tái)風(fēng)的過程，為臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)專家及時(shí)提供了臺(tái)風(fēng)中心的實(shí)地觀測(cè)資料。

　　多種觀測(cè)手段組建海上綜合觀測(cè)網(wǎng)

　　據(jù)介紹，MWO-3搭載了自動(dòng)氣象站、太陽輻射表、海面水溫和鹽度傳感器以及波浪儀等觀測(cè)裝置，可獲取的數(shù)據(jù)有海面氣壓、氣溫、濕度、風(fēng)速風(fēng)向、太陽輻射、海面水溫和鹽度以及波浪參數(shù)等，并能夠利用我國(guó)北斗衛(wèi)星的通訊功能，每分鐘回傳一組數(shù)據(jù)。

　　MWO-3在本次試驗(yàn)中獲取的觀測(cè)資料，被第一時(shí)間發(fā)送到中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)與海洋氣象預(yù)報(bào)中心，為臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、預(yù)警發(fā)揮了重要作用。“當(dāng)時(shí)附近沒有其他觀測(cè)資料，MWO-3的實(shí)時(shí)資料非常珍貴，離低壓中心較近，非常有利于我們確定低壓中心的位置。”中央氣象臺(tái)臺(tái)風(fēng)與海洋氣象預(yù)報(bào)中心主任錢傳海評(píng)價(jià)道。

　　此外，研究人員還將這次海上試驗(yàn)包括穿過臺(tái)風(fēng)所獲得的數(shù)據(jù)，與有關(guān)研究單位進(jìn)行了共享，以開展深度的質(zhì)量控制，比如觀測(cè)到的強(qiáng)風(fēng)浪和下雨條件下濕度數(shù)據(jù)，將在通過可靠性驗(yàn)證后，進(jìn)一步應(yīng)用于數(shù)值模擬和一些衛(wèi)星遙感產(chǎn)品驗(yàn)證等研究。

　　記者了解到，MWO系列半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇還能用于監(jiān)測(cè)海上大風(fēng)和大霧等天氣，加載其他傳感器或設(shè)備后，還可以用于采集其他海洋研究所需的數(shù)據(jù)，例如加載二氧化碳傳感器后，可以對(duì)海水中二氧化碳含量進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而幫助研究人員了解海水質(zhì)量。

　　研究人員介紹說，無人艇的最大優(yōu)勢(shì)是其航行機(jī)動(dòng)性。無人艇具有的超強(qiáng)抗風(fēng)浪能力，使其能夠在惡劣環(huán)境下獲得臺(tái)風(fēng)海面氣壓、溫度和風(fēng)速風(fēng)向、海水表層溫度鹽度以及浪高等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些為臺(tái)風(fēng)數(shù)值預(yù)報(bào)和后續(xù)機(jī)理研究提供了十分寶貴的資料。

　　“通過為期兩周的長(zhǎng)航時(shí)觀測(cè)試驗(yàn)和穿越臺(tái)風(fēng)的經(jīng)歷，我們對(duì)MWO系列半潛式太陽能氣象探測(cè)無人艇的先進(jìn)性和實(shí)用性更有信心。但對(duì)于廣闊海洋的氣象和環(huán)境監(jiān)測(cè)，派出兩三艘無人艇是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”陳洪濱說，未來期望能夠像陸地上的臺(tái)站觀測(cè)網(wǎng)那樣，采用無人艇、浮標(biāo)和海面穿浪器等各種觀測(cè)手段，在海上組網(wǎng)綜合觀測(cè)，進(jìn)而早日進(jìn)入業(yè)務(wù)實(shí)用階段，為海洋氣象和環(huán)境預(yù)報(bào)提供更多更好的資料，更好地服務(wù)海上安全和資源利用。

　　本報(bào)記者 陸成寬