天上那么多卫星,为何还要无人机去台风中心走一遭

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8月2日,一架高空大型气候探测无人机从海南博鳌机场起飞,实时传回台风核心云系的温度、湿度、气压、风向、风速等数据,标志着我国首次利用高空大型无人机对海洋和台风进行综合观测实验取得了圆满成功。

中国气候局地方气候台台风与海洋气候预告中心主任钱传海表示,此次实验填补了我国在基于高空大型无人机海洋综合观测领域的空白,具有重要意义。无人机在台风探测中的表现得到了业内的高度评价。然而,许多人仍存在疑问:既然我们已经拥有气候卫星和地面雷达,为何还需要派遣无人机深入台风中心?

钱传海解释道,尽管气候卫星和地面雷达能够提供大量数据,但在海上生成的台风,尤其是在远离陆地的海域,观测资料仍然十分稀缺。现有的天基观测手段如卫星无法提供精确的直接观测数据,导致预报员难以准确判断台风中心的位置,数值模式也无法精确描绘台风的涡旋结构,从而造成较大的预报误差。

相比之下,无人机提供的观测数据更加珍贵。上世纪50年代,美国通过飞机观测台风,发现这种方式能显著减少台风路径预报误差,并降低强度预报误差。基于此,美国近年来开始尝试使用无人机进行飓风探测业务。

中国气候局气候探测中心副总工程师张雪芬指出,飞机观测是对台风直接观测最有效的方式之一。高空无人机携带下投探空系统、云雷达等设备,能够获取台风内部精细结构和垂直结构信息,帮助预报员更准确地分析台风的位置、强度和结构等信息。

钱传海认为,将直接观测数据应用于数值预报模型,可以显著提高台风路径、强度以及风雨预报的准确性。因此,利用大型无人机对台风进行直接观测,是解决台风强度预报难题、提高路径预报准确率的重要手段。

张雪芬表示,使用无人机进行台风探测是一项全新的挑战,国内外均无成熟的经验可供借鉴。2018年,中国气象局启动了无人机气候观测规划设计及相关科研实验工作。该实验由多个单位和企业联合开展,包括中国气象局气候探测中心、航空工业集团、国家气候中心、海南省气象局、中国气象科学研究院、国家卫星气象中心等12家单位。

在选择无人机型号时,最终选择了翼龙-10无人机。为了实现自主知识产权的下投探空系统,项目团队进行了大量的研发工作,包括标准化设计、载荷综合管理控制系统的开发、航电系统的改造等。此外,还进行了多次仿真和安全测试。

航空工业成飞翼龙-10副总设计师张志坚表示,虽然无人机本身是成熟的,但为其配备气候探测设备并在海洋高空环境中使用,则是一个全新的课题。为此,团队研制了专用的探空吊舱,确保探空仪的安全投放,并对无人机进行了适应性改造和大量安全测试。

如何使无人机安全进入探测区域并发挥最大效能?项目团队组织了多次论证会,邀请台风预报、飞机研发设计、探测载荷研制等多个领域的专家参与,进行了地面和空中环境下的安全仿真实验。

张雪芬强调,这是一个涉及多方面的系统工程,不仅需要无人机和载荷的研发,还需要机场保障、实验天气保障等多方面的配合。目前,我国已初步具备了下投探空和机载遥感探测能力,并将继续推进后续的无人机海洋气候观测实验。

中国气象局气候探测中心主任李良序指出,通过实验建立大型无人机台风探测业务系统,打通观测到业务运用环节,对于我国建设海洋强国、推动海洋战略发展具有重大意义。未来,我国还将继续完善无人机选型、载荷研发、地面气候保障系统等环节,为无人机海洋气候观测业务化做好准备。

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