8月2日，一架高空氣象探測無人機(jī)從海南博鰲機(jī)場騰空而起。伴隨著一組組臺風(fēng)外圍云系的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等數(shù)據(jù)實(shí)時傳回，這意味著我國首次高空大型無人機(jī)海洋、臺風(fēng)綜合觀測試驗(yàn)取得圓滿成功。

中國氣象局中央氣象臺臺風(fēng)與海洋氣象預(yù)報中心主任錢傳海告訴記者，這一試驗(yàn)填補(bǔ)了我國基于高空大型無人機(jī)海洋綜合觀測的空白，標(biāo)志著中國在這一領(lǐng)域取得了重大突破，對臺風(fēng)探測及預(yù)報預(yù)警具有重大意義。無人機(jī)在臺風(fēng)預(yù)測領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，也獲得了業(yè)內(nèi)人士的高度認(rèn)可和積極評價。

隨之而來的疑問是，我們發(fā)射了那么多顆氣象衛(wèi)星，地面也有不少氣象雷達(dá)，這些都可以對臺風(fēng)進(jìn)行觀測，為何還要派高空無人機(jī)去臺風(fēng)中心實(shí)地走一遭?無人機(jī)探測臺風(fēng)的優(yōu)勢在哪兒，又有哪些實(shí)現(xiàn)難度，記者就此采訪了相關(guān)專家。

最有效的臺風(fēng)直接觀測手段

錢傳海說，近年來，我國臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差改進(jìn)明顯，但是，臺風(fēng)的精細(xì)監(jiān)測預(yù)報預(yù)警能力仍然無法滿足防臺風(fēng)減災(zāi)的實(shí)際需求。這不僅是我國面臨的困難，全球所有受到臺風(fēng)影響的國家和地區(qū)都如此。

“特別是弱臺風(fēng)的準(zhǔn)確定位、近海臺風(fēng)的快速增強(qiáng)、登陸臺風(fēng)的精細(xì)降水和大風(fēng)預(yù)報、多臺風(fēng)相互作用造成的異常路徑等一直是臺風(fēng)業(yè)務(wù)中面臨的巨大挑戰(zhàn)。”錢傳海說，臺風(fēng)在海上生成，海上觀測資料稀少，甚至是觀測盲區(qū)，現(xiàn)有天基觀測手段——比如衛(wèi)星無法對臺風(fēng)進(jìn)行精細(xì)的“直接”探測，預(yù)報員有時無法準(zhǔn)確知道臺風(fēng)中心到底在哪里，數(shù)值模式也無法準(zhǔn)確描述臺風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)，從而造成預(yù)報誤差偏大。

相比之下，海上觀測資料就顯得極其珍貴。

上世紀(jì)50年代初，美國開展了帶有準(zhǔn)業(yè)務(wù)性質(zhì)的臺風(fēng)飛機(jī)觀測。研究結(jié)果表明，增加飛機(jī)觀測后，臺風(fēng)路徑預(yù)報誤差減少10%-30%，強(qiáng)度預(yù)報誤差降低20%-40%。在嘗到飛機(jī)直接觀測的甜頭后，美國不斷改進(jìn)、升級觀測儀器，近年來已嘗試開展無人機(jī)探測颶風(fēng)業(yè)務(wù)。

國際多種數(shù)值模式結(jié)果證明，飛機(jī)下投探空能明顯改進(jìn)臺風(fēng)預(yù)報。實(shí)際上，早期模式中刻畫臺風(fēng)結(jié)構(gòu)也有飛機(jī)觀測的貢獻(xiàn)。

中國氣象局氣象探測中心副總工張雪芬說，飛機(jī)觀測是岸基觀測的延伸，是對臺風(fēng)直接觀測的最有效手段。搭載下投探空系統(tǒng)、云雷達(dá)等機(jī)載設(shè)備的高空無人機(jī)，可獲取臺風(fēng)內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)特征和垂直結(jié)構(gòu)信息，幫助預(yù)報員更準(zhǔn)確地分析臺風(fēng)位置、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)等信息。

在錢傳海看來，預(yù)報員利用臺風(fēng)直接探測資料開展臺風(fēng)位置、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度分析，只是資料應(yīng)用的一部分。更為重要的，這些珍貴的觀測資料應(yīng)用于數(shù)值預(yù)報模式，從而提高臺風(fēng)路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報精準(zhǔn)度。

因此，利用大型無人機(jī)對臺風(fēng)開展直接觀測，是破解臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報難題、提高路徑預(yù)報準(zhǔn)確率的重要手段。

一個全新的課題

利用無人機(jī)平臺開展臺風(fēng)探測試驗(yàn)，這是一個全新的課題，國內(nèi)沒有可以參考和借鑒的范例;這也是一個龐大而系統(tǒng)的工程。

2018年，中國氣象局啟動了無人機(jī)氣象觀測布局設(shè)計及科研試驗(yàn)工作。由中國氣象局氣象探測中心聯(lián)合航空工業(yè)集團(tuán)、國家氣象中心、海南省氣象局、中國氣象科學(xué)研究院、國家衛(wèi)星氣象中心等12個單位和企業(yè)開展大型觀測試驗(yàn)。在飛機(jī)選型上，最終選用翼龍-10無人機(jī)。

當(dāng)時，國際上下投探空系統(tǒng)基本被芬蘭壟斷，價格高昂。“聯(lián)合國內(nèi)企業(yè)研制，搞自主知識產(chǎn)權(quán)的下投探空系統(tǒng)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人張雪芬當(dāng)機(jī)立斷，不僅如此，探測中心還協(xié)調(diào)飛機(jī)平臺和載荷設(shè)計單位，結(jié)合翼龍-10無人機(jī)研制了與之匹配的特有的載荷掛裝技術(shù)。

在載荷研發(fā)方面，探測中心組織完成了下投探空系統(tǒng)掛接的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計與研發(fā)、載荷綜合管理控制系統(tǒng)、航電系統(tǒng)的改造，無數(shù)次對載荷安全性氣動特性仿真、數(shù)字投放安全仿真、風(fēng)洞投放安全試驗(yàn)。

航空工業(yè)成飛翼龍-10副總設(shè)計師張志堅說，盡管飛機(jī)本身是成熟的，但是，加掛氣象載荷開展海洋高空探測還屬于國內(nèi)先例。為適應(yīng)氣象探測需求，試驗(yàn)組研制了專用的探空吊艙，以實(shí)現(xiàn)安全可靠投放探空儀，并對無人機(jī)加掛載荷進(jìn)行適應(yīng)性改造和大量安全測試，涉及載荷的標(biāo)準(zhǔn)化掛裝及操控系統(tǒng)改進(jìn)、多載荷通信及集成技術(shù)改進(jìn)、飛機(jī)控制系統(tǒng)及與氣象保障系統(tǒng)的連接改進(jìn)等。

如何讓飛機(jī)安全飛進(jìn)探測目標(biāo)區(qū)域，載荷發(fā)揮最大效益?在這些問題上，試驗(yàn)組組織了臺風(fēng)預(yù)報、飛機(jī)研發(fā)設(shè)計、探測載荷研制等多個領(lǐng)域?qū)＜?，召開了幾十次的論證會，對機(jī)載毫米波雷達(dá)、探空儀等載荷進(jìn)行了地面和空中各種環(huán)境下的安全仿真試驗(yàn)，并用“莫拉克”臺風(fēng)資料進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。

“這是一個系統(tǒng)工程，需要各個單位協(xié)作起來。除了飛機(jī)、載荷等環(huán)節(jié)，機(jī)場的保障、試驗(yàn)天氣保障等，都很重要。”張雪芬說。

2016年，《海洋氣象發(fā)展規(guī)劃(2016-2025年)》出臺，明確了發(fā)展海洋空基氣象觀測、推進(jìn)臺風(fēng)探測的任務(wù)。2018年，高空無人機(jī)下投探空試驗(yàn)工作啟動。以高性能大型無人機(jī)為主體的空基觀測體系建設(shè)，開啟了我國邁向海洋氣象強(qiáng)國的新征程。

眼下的高空氣象探測無人機(jī)探測臺風(fēng)中心，只是一個開始。

根據(jù)規(guī)劃部署，中國氣象局還將在東海等海域初步形成下投探空和機(jī)載遙感探測能力，定期、定點(diǎn)獲取三維大氣觀測資料和洋面氣象資料，持續(xù)推進(jìn)后續(xù)大型無人機(jī)海洋氣象觀測試驗(yàn)，完善飛機(jī)選型、載荷研發(fā)、地面氣象保障系統(tǒng)等環(huán)節(jié)，為我國大型無人機(jī)海洋氣象觀測納入業(yè)務(wù)化做好支撐。

中國氣象局氣象探測中心主任李良序告訴記者，開展高空無人機(jī)海洋綜合探測，通過試驗(yàn)建立大型無人機(jī)臺風(fēng)探測業(yè)務(wù)系統(tǒng)，打通觀測到業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，對于我國建設(shè)海洋強(qiáng)國、海洋戰(zhàn)略發(fā)展具有重大戰(zhàn)略意義。

關(guān)鍵詞： 衛(wèi)星