技術(shù)進(jìn)展 | NOAA部署?？諢o人觀測(cè)系統(tǒng)以提高颶風(fēng)預(yù)報(bào)精度

導(dǎo)讀

近期，NOAA與其合作伙伴在佛羅里達(dá)州展示了獵人飛機(jī)、無人機(jī)、無人船等海洋和大氣觀測(cè)裝備，用于提升對(duì)颶風(fēng)形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，提高對(duì)颶風(fēng)路徑、強(qiáng)度和速度等的預(yù)報(bào)精度。

正文

開發(fā)這套新系統(tǒng)的目標(biāo)是提升對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的獲取能力，從而改善颶風(fēng)預(yù)報(bào)模型中海洋和大氣的代表性。該觀測(cè)系統(tǒng)集成了傳統(tǒng)飛機(jī)、無人機(jī)和無人船等觀測(cè)平臺(tái)，其中無人系統(tǒng)通過收集海洋和大氣不同高度的數(shù)據(jù)用于研究風(fēng)暴的形成過程、發(fā)展以及強(qiáng)度，并通過與颶風(fēng)獵人飛機(jī)搭載的傳感器（如尾部多普勒雷達(dá)和下投式探空儀等）收集的數(shù)據(jù)融合大大改進(jìn)了NOAA預(yù)報(bào)模型的精度。精確的預(yù)報(bào)為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、人員財(cái)產(chǎn)安全提供了更好的服務(wù)保障。

NOAA最新的颶風(fēng)模型（the Hurricane Analysis and Forecast System，HAFS）包括了颶風(fēng)分析和預(yù)報(bào)功能，將于本季度投入使用。HAFS是NOAA的下一代颶風(fēng)模型，旨在為NOAA的國(guó)家颶風(fēng)中心在有關(guān)熱帶氣旋的軌跡、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)等方面提供可靠預(yù)報(bào)指導(dǎo)。該模型由NOAA下的大西洋海洋學(xué)和氣象實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家氣象局國(guó)家環(huán)境預(yù)測(cè)中心以及海洋與大氣研究所和邁阿密大學(xué)聯(lián)合開發(fā)、測(cè)試和評(píng)估。

圖1 NOAA颶風(fēng)獵人以及NOAA用來收集大氣和海洋不同層數(shù)據(jù)的幾種空中和海洋無人機(jī)、水下滑翔機(jī)、下投式探空儀等技術(shù)

相關(guān)新技術(shù)分析：

（1）小型無人機(jī)系統(tǒng)：系統(tǒng)包括了Black Swift Technologies的小型無人機(jī)系統(tǒng)S0。Black swift S0無人機(jī)系統(tǒng)，比NOAA之前用于測(cè)量溫度、壓力和空氣濕度的平臺(tái)更加輕便。相關(guān)測(cè)試工作在NOAA的飛機(jī)運(yùn)營(yíng)中心進(jìn)行的，是確保儀器在颶風(fēng)季節(jié)以安全有效的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)收集任務(wù)的關(guān)鍵一步。

同時(shí)，NOAA還將測(cè)試其他小型無人飛機(jī)系統(tǒng)的使用，如 Altius 600、Dragoon（陸上發(fā)射的小型無人飛機(jī)系統(tǒng)）等。

（2）新型機(jī)載下投式探空儀：NOAA將部署Streamsondes，這是一種新型輕型氣象下投式探空儀，并集成傳統(tǒng)的下投式探空儀和應(yīng)用較為成熟的XBT（Expendable Bathy Thermographs）。下投式探空儀是一種小型儀器，可在下降過程中收集大氣壓力、溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速和風(fēng)向的剖面數(shù)據(jù)。XBT是從飛機(jī)上釋放的探測(cè)器，用于測(cè)量海洋溫度和深度。這些設(shè)備可以快速釋放到風(fēng)暴中，從而獲取寶貴的風(fēng)數(shù)據(jù)。

（3）海洋表面和水下無人系統(tǒng)：NOAA的新系統(tǒng)將部署由太陽能、風(fēng)能和波浪能驅(qū)動(dòng)的Saildrones無人水面海洋觀測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)并跟蹤大西洋颶風(fēng)。它與水下無人系統(tǒng)集成已提供有關(guān)海洋和大氣的信息，包括海面溫度、鹽度、表面氣溫、濕度、壓力、風(fēng)向和風(fēng)速以及波高。今年夏天，12架帆船無人機(jī)部署在大西洋、加勒比海和墨西哥灣巡邏。

圖2 Saildrone將在整個(gè)2023年跟蹤颶風(fēng)

除此之外，NOAA還將在傳統(tǒng)上颶風(fēng)路徑覆蓋海域部署水下滑翔機(jī)（glider）。水下滑翔機(jī)是一類自主觀測(cè)平臺(tái)，可在近岸和開闊海洋環(huán)境中工作，在已知颶風(fēng)加劇或減弱的海域?qū)崿F(xiàn)1000米的深度以內(nèi)的溫度和鹽度觀測(cè)。水下滑翔機(jī)還將與Saildrones一起實(shí)現(xiàn)同步觀測(cè)。

（4）Argo浮標(biāo)：Argo浮標(biāo)是部署在全球海洋中的自主剖面儀器。在大西洋盆地，它們?cè)陔S水流漂移并垂直穿過水柱時(shí)提供溫度、鹽度和壓力剖面。Drifter是一類衛(wèi)星跟蹤的表面漂流浮標(biāo)，可提供對(duì)混合層海流、溫度、大氣壓力、風(fēng)、波浪和鹽度的原位觀測(cè)，并已在大西洋盆地實(shí)現(xiàn)部署。

總結(jié)

來自滑翔機(jī)、漂流器和Argo浮標(biāo)的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳輸?shù)绞澜鐨庀蠼M織的全球電信中心。這些信息用于NOAA的運(yùn)營(yíng)和研究預(yù)測(cè)模型以及世界各地的許多其他預(yù)測(cè)模型。來自Saildrones的數(shù)據(jù)提供給NOAA科學(xué)家，并由NOAA用于推進(jìn)颶風(fēng)預(yù)報(bào)模型的研究。NOAA也使用來自小型無人飛機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來推進(jìn)預(yù)測(cè)模型的研究。