别人唯恐避之不及,这艘小艇却偏要钻到台风中心看看

科技日报记者 陆成宽

遇到强飓风,人人都只怕避之不及。可是要获取观测数据,就必须挨近飓风。近来,我国研制的海洋气候观测者-3半潜式太阳能气候勘探无人艇顶风而上,成功穿过本年第3号飓风“森拉克”中心,获取了飓风发展进程中高时间分辨率的洋面气候及海洋要素数据。据介绍,这也是国际上初次运用太阳能无人艇主动勘探飓风中心。

或许有人会问:咱们发射了那么多气候卫星,地上还有不少气候雷达,为什么还要用无人艇来勘探飓风?这艘披荆斩棘的无人艇具有哪些优胜的功用?在狂风暴雨中穿过飓风中心,无人艇搜集到了哪些数据?为此,记者采访了相关专家,就这些问题逐个作出解说。

“看清”飓风内部可大幅进步观测精度

据了解,在陆地或岛屿上的气候雷达可以勘探周围200公里以内的飓风降水和风场,关于监督近岸飓风活动可以起到很好的助力。但雷达勘探不到海上远处的飓风,也无法丈量一些全面反映飓风特征的要素,比方中心气压、最大风速和飓风处海面水温等。为了进步飓风预告精细化水平,需求对飓风方位、强度等进行精确剖析,气候观测人员需求派出“岗兵”到更远处监测。

比较雷达而言,卫星“站得高”“看得广”,相应地监测规模也就更大。现在,卫星云图现已可以协助气候观测人员看到悉数飓风和热带风暴,从而对其进行定位、定强。但一起,也正因为卫星的观测方位太高,观测成果的清晰度有时难以确保,特别当飓风上部被厚厚的卷云掩盖时,用卫星云图给飓风定位、定强的难度也会大大添加,假如不能精确知道飓风中心方位,气候观测数值形式也无法精确描绘飓风涡旋结构,观测人员就难以精确地盯梢和预告飓风途径和强度的改变,就会形成预告差错偏大。

“卫星观测作为一种遥感技术,事实上不能直接测得咱们气候预告和研讨所需求的精准参数,比方飓风内部的气压、温度和气流散布等。”无人艇项目首席科学家、我国科学院大气物理研讨所研讨员陈洪滨告知科技日报记者。

飓风中心气压直接决议飓风强度和飓风的极大风速,一般来说,飓风中心气压愈低,在飓风规模内气压梯度越大,风也就越强烈;假如可以取得飓风内部风力、温度场和湿度场等各项勘探数据,就可以大大进步数值预告的精度。因而,直接勘探飓风中心的海面气压、风场等要素,对飓风精确预告预警至关重要。

其时,有一些飓风监测和预告安排运用有人和无人驾驶飞机,飞到飓风某些部位上空,下投带降落伞的气候探空仪,测得的温度、气压、湿度、风速和风向廓线材料等,显着进步了飓风途径预告的精度。

专家告知记者,对飓风演化规则的研讨和数值预告精度的进步,需求卫星遥感、岸基雷达、飞机和海面监测设备的立体全面勘探。以往在海面实地监测飓风,都是运用浮标,现在无人艇的参与为飓风监测供给了更大助力。在这次海上观测实验中,MWO-3为我国气候局供给了时间分辨率高达1分钟的实时观测数据,并对飓风过境时海面各要素的具体改变进程进行了监测。在飞行观测进程中,无人艇可以机动应变,获取最优方位的实时观测数据,比较传统的海洋浮标观测,具有共同的优势。

特别结构规划造就风波中的不倒翁

据专家介绍,想要经得住飓风中大风大浪的检测,无人艇的随浪性要好,或者说自扶正才能要强,这样才不至于在风波中“翻船”。

MWO系列半潜式太阳能气候勘探无人艇选用双体筒来确保稳定性,也便是在甲板下联接两个同型体的浮筒,可在水面上供给更大浮力。除此之外,这种规划还赋予了无人艇半潜功用,即当风大浪高时,无人艇可以主动或长途操控浮筒的进水量,从而使整个艇体和支架部分沉入水中。因为重心下降,整个体系的稳定性有了显着增强,很难呈现倾翻的现象。此外,尽管舰体沉入水中可是气候传感器却可以浮在水面之上,仍然可以正常作业,传感器上的斗极卫星天线也可以接纳指令和宣布数据。这种功用规划是MWO系列半潜式太阳能气候勘探无人艇的一大亮点。

8月初,本年的第3号飓风“森拉克”来袭时,MWO-3在风波中展现了其杰出的机动性、强抗风波、主动勘探和实时数据传输等特色,优胜的勘探才能得到了验证。

除此之外,MWO系列半潜式太阳能气候勘探无人艇的另一大特色便是运用太阳能作为重要的动力源。运用太阳能,一方面清洁无污染,另一方面还可以确保无人艇可以长期飞行。“咱们的无人艇规划要求是确保海上半年的观测运转。特别是在连阴雨气候时,仍然要确保气候勘探和定位数据可以接连地传回地上中心站。”陈洪滨说。

无人艇在正式展开飓风勘探之前,研讨人员会对其进行全面测验,尽可能确保无人艇各项功用的可靠性,特别是表里管线的防水性和无人艇的主动避障才能。在本次勘探飓风前,两艘无人艇在海南省琼海市潭门中心渔港内接连测验运转近一个月,于7月22日才正式出海,参与我国气候局气候勘探中心安排展开的“海燕方案”实验,在海南省陵水黎族自治县以东约120公里的洋面上进行接连飞行观测。

8月1日,研讨人员依据卫星云图剖析对飞行道路做了规划,主动挨近飓风中心,并观测到第3号飓风“森拉克”从热带低压快速演化为飓风的进程,为飓风预告专家及时供给了飓风中心的实地观测材料。

多种观测手法组成海上归纳观测网

据介绍,MWO-3搭载了主动气候站、太阳辐射表、海面水温文盐度传感器以及波涛仪等观测设备,可获取的数据有海面气压、气温、湿度、风速风向、太阳辐射、海面水温文盐度以及波涛参数等,并可以运用我国斗极卫星的通讯功用,每分钟回传一组数据。

MWO-3在本次实验中获取的观测材料,被第一时间发送到中央气候台飓风与海洋气候预告中心,为飓风预告、预警发挥了重要作用。“其时邻近没有其他观测材料,MWO-3的实时材料十分宝贵,离低压中心较近,十分有利于咱们确认低压中心的方位。”中央气候台飓风与海洋气候预告中心主任钱传海点评道。

此外,研讨人员还将这次海上实验包含穿过飓风所取得的数据,与有关研讨单位进行了同享,以展开深度的质量操控,比方观测到的强风波和下雨条件下湿度数据,将在经过可靠性验证后,进一步应用于数值模仿和一些卫星遥感产品验证等研讨。

记者了解到,MWO系列半潜式太阳能气候勘探无人艇还能用于监测海上大风和大雾等气候,加载其他传感器或设备后,还可以用于收集其他海洋研讨所需的数据,例如加载二氧化碳传感器后,可以对海水中二氧化碳含量进行测定,从而协助研讨人员了解海水质量。

研讨人员介绍说,无人艇的最大优势是其飞行机动性。无人艇具有的超强抗风波才能,使其可以在恶劣环境下取得飓风海面气压、温度和风速风向、海水表层温度盐度以及浪高级实时数据,这些为飓风数值预告和后续机理研讨供给了十分宝贵的材料。

“经过为期两周的长航时观测实验和穿越飓风的阅历,咱们对MWO系列半潜式太阳能气候勘探无人艇的先进性和实用性更有决心。但关于宽广海洋的气候和环境监测,派出两三艘无人艇是远远不够的。”陈洪滨说,未来希望可以像陆地上的台站观测网那样,选用无人艇、浮标和海面穿浪器等各种观测手法,在海上组网归纳观测,从而提前进入事务实用阶段,为海洋气候和环境预告供给更多更好的材料,更好地服务海上安全和资源运用。