2020年8月2日下午，一架高空氣象探測(cè)無人機(jī)從海南博鰲機(jī)場(chǎng)騰空而起。伴隨著一組組臺(tái)風(fēng)外圍云系的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速等海洋上空和海面觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送回地面指揮系統(tǒng)。意味著我國首次高空大型無人機(jī)海洋、臺(tái)風(fēng)綜合觀測(cè)試驗(yàn)取得圓滿成功。填補(bǔ)了我國基于高空大型無人機(jī)海洋綜合觀測(cè)的空白。

8月2日下午，一架高空大型氣象探測(cè)無人機(jī)從海南起飛，圓滿完成對(duì)森拉克臺(tái)風(fēng)外圍云系的綜合氣象觀測(cè)任務(wù)。李子碩 攝

有了衛(wèi)星和雷達(dá)，

為何還要用高空無人機(jī)探測(cè)臺(tái)風(fēng)？

一起來聽專家解讀。

專家：

中國氣象局氣象探測(cè)中心副總工 張雪芬

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

中國氣象局綜合觀測(cè)司站網(wǎng)管理處副調(diào)研員 楊曉武

航空工業(yè)成飛翼龍10副總設(shè)計(jì)師 張志堅(jiān)

無人機(jī)探測(cè)臺(tái)風(fēng)，優(yōu)勢(shì)在哪兒？

近年來，我國臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差改進(jìn)明顯，但是，臺(tái)風(fēng)的精細(xì)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警能力仍然無法滿足防臺(tái)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(tái)風(fēng)（熱帶氣旋）影響的國家和地區(qū)都如此。

錢傳海表示，特別是弱臺(tái)風(fēng)的準(zhǔn)確定位、近海臺(tái)風(fēng)的快速增強(qiáng)、登陸臺(tái)風(fēng)的精細(xì)降水和大風(fēng)預(yù)報(bào)、多臺(tái)風(fēng)相互作用造成的異常路徑等一直是臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)中面臨的巨大挑戰(zhàn)。

臺(tái)風(fēng)在海上生成，海上觀測(cè)資料稀疏，甚至是觀測(cè)盲區(qū)，現(xiàn)有天基觀測(cè)手段無法對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行精細(xì)的“直接”探測(cè)，預(yù)報(bào)員有時(shí)無法準(zhǔn)確知道臺(tái)風(fēng)中心到底在哪里，數(shù)值模式也無法準(zhǔn)確描述臺(tái)風(fēng)渦旋結(jié)構(gòu)，從而造成預(yù)報(bào)誤差偏大。

海上觀測(cè)資料極其珍貴。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(tái)風(fēng)/颶風(fēng)飛機(jī)觀測(cè)。研究結(jié)果表明，增加飛機(jī)觀測(cè)后，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)誤差減少10%-30%，強(qiáng)度預(yù)報(bào)誤差降低20%-40%。在嘗到飛機(jī)直接觀測(cè)的甜頭后，美國不斷改進(jìn)、升級(jí)觀測(cè)儀器，近年來已嘗試開展無人機(jī)探測(cè)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(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)。實(shí)際上，早期模式中刻畫臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)也有飛機(jī)觀測(cè)的貢獻(xiàn)。

△填裝探空儀。羅圣茗 攝

飛機(jī)觀測(cè)是岸基觀測(cè)的延伸，是對(duì)臺(tái)風(fēng)直接觀測(cè)的最有效手段。張雪芬表示，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(tái)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(bào)員更準(zhǔn)確分析臺(tái)風(fēng)位置、強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)等信息。

在錢傳?？磥恚A(yù)報(bào)員利用臺(tái)風(fēng)直接探測(cè)資料開展臺(tái)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(cè)資料應(yīng)用于數(shù)值預(yù)報(bào)模式，從而提高臺(tái)風(fēng)路徑、強(qiáng)度和風(fēng)雨預(yù)報(bào)精準(zhǔn)度。

因此，利用大型無人機(jī)對(duì)臺(tái)風(fēng)開展直接觀測(cè)，是破解臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報(bào)難題、提高路徑預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的重要手段。

無人機(jī)探測(cè)臺(tái)風(fēng)，需要做哪些工作？

利用無人機(jī)平臺(tái)開展臺(tái)風(fēng)探測(cè)試驗(yàn)，這是一個(gè)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(gè)龐大而系統(tǒng)的工程。

2018年，中國氣象局啟動(dòng)了無人機(jī)氣象觀測(cè)布局設(shè)計(jì)及科研試驗(yàn)工作。由中國氣象局氣象探測(cè)中心（以下簡稱探測(cè)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(gè)單位和企業(yè)開展大型觀測(cè)試驗(yàn)。

在飛機(jī)選型上，探測(cè)中心對(duì)國內(nèi)各大型無人機(jī)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了廣泛調(diào)研，最終與實(shí)力雄厚的成飛公司簽訂了戰(zhàn)略合作協(xié)議，選用翼龍-10無人機(jī)。

△高空氣象探測(cè)無人機(jī)。羅圣茗 攝

當(dāng)時(shí)，國際上下投探空系統(tǒng)基本為芬蘭所壟斷，價(jià)格高昂。“聯(lián)合國內(nèi)企業(yè)研制，搞自主知識(shí)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(cè)中心還協(xié)調(diào)飛機(jī)平臺(tái)和載荷設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)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(duì)載荷安全性氣動(dòng)特性仿真、數(shù)字投放安全仿真、風(fēng)洞投放安全試驗(yàn)。

張志堅(jiān)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(cè)還屬于國內(nèi)先例。為適應(yīng)氣象探測(cè)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(duì)無人機(jī)加掛載荷進(jìn)行適應(yīng)性改造和大量安全測(cè)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。

△載荷。簡菊芳 攝

如何讓飛機(jī)安全飛進(jìn)探測(cè)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(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)、飛機(jī)研發(fā)設(shè)計(jì)、探測(cè)載荷研制等多個(gè)領(lǐng)域?qū)＜遥匍_了幾十次的論證會(huì)，對(duì)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(tái)風(fēng)資料進(jìn)行了仿真試驗(yàn)。

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

△起飛前檢查飛機(jī)狀況。簡菊芳 攝

建設(shè)海洋強(qiáng)國，無人機(jī)能做什么？

我國有1.8萬公里大陸海岸線和300萬平方公里管轄海域。

服務(wù)國家海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略、做好海洋防災(zāi)減災(zāi)是氣象部門的重要使命和任務(wù)。楊曉武介紹，長期以來，中國氣象局高度重視海洋氣象觀測(cè)工作，對(duì)標(biāo)“監(jiān)測(cè)精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”，通過一系列重大工程項(xiàng)目，構(gòu)建岸基、?；⒖栈?、天基一體化的海洋氣象綜合觀測(cè)系統(tǒng)和相應(yīng)的配套保障體系。

2016年，《海洋氣象發(fā)展規(guī)劃（2016-2025年）》出臺(tái)，明確了發(fā)展海洋空基氣象觀測(cè)、推進(jìn)臺(tái)風(fēng)探測(cè)的任務(wù)。2018年，高空無人機(jī)下投探空試驗(yàn)工作啟動(dòng)。在海洋氣象規(guī)劃和海洋氣象保障工程中，加快以高性能大型無人機(jī)為主體的空基觀測(cè)體系建設(shè)成為開啟邁向海洋氣象強(qiáng)國的征程。

此外，經(jīng)過海洋氣象保障一期工程建設(shè)，截至今年6月，我國海洋浮標(biāo)、平臺(tái)站點(diǎn)超過60個(gè)，涉及遼寧、天津、山東、上海、浙江、廣東、廣西、海南等8個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）。

據(jù)探測(cè)中心主任李良序研究員介紹，開展高空無人機(jī)海洋綜合探測(cè)，通過試驗(yàn)建立大型無人機(jī)臺(tái)風(fēng)探測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，打通觀測(cè)到業(yè)務(wù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，為實(shí)現(xiàn)“監(jiān)測(cè)精密、預(yù)報(bào)精準(zhǔn)、服務(wù)精細(xì)”奠定基礎(chǔ)，對(duì)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，為全球氣象服務(wù)提供全新精準(zhǔn)的技術(shù)手段。

△試驗(yàn)組研判數(shù)據(jù)情況。簡菊芳 攝

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(cè)能力，定期、定點(diǎn)獲取三維大氣觀測(cè)資料和洋面氣象資料。將持續(xù)推進(jìn)后續(xù)大型無人機(jī)海洋氣象觀測(cè)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)，進(jìn)一步檢驗(yàn)裝備性能，實(shí)現(xiàn)制度完善、流程優(yōu)化、調(diào)度科學(xué)，為大型無人機(jī)海洋氣象觀測(cè)納入業(yè)務(wù)化做好支撐。

聯(lián)合國亞太經(jīng)社會(huì)/世界氣象組織臺(tái)風(fēng)委員會(huì)秘書長喻紀(jì)新表示，未來，希望中國可以利用項(xiàng)目開展無人機(jī)臺(tái)風(fēng)探測(cè)的業(yè)務(wù)化實(shí)踐，為提高臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精度和防災(zāi)減災(zāi)作出中國貢獻(xiàn)，這將是很有意義的工作。