技術進展 | NOAA部署?？諢o人觀測系統以提高颶風預報精度

導讀

近期，NOAA與其合作伙伴在佛羅里達州展示了獵人飛機、無人機、無人船等海洋和大氣觀測裝備，用于提升對颶風形成機理的認識，提高對颶風路徑、強度和速度等的預報精度。

正文

開發這套新系統的目標是提升對現場數據的獲取能力，從而改善颶風預報模型中海洋和大氣的代表性。該觀測系統集成了傳統飛機、無人機和無人船等觀測平臺，其中無人系統通過收集海洋和大氣不同高度的數據用于研究風暴的形成過程、發展以及強度，并通過與颶風獵人飛機搭載的傳感器（如尾部多普勒雷達和下投式探空儀等）收集的數據融合大大改進了NOAA預報模型的精度。精確的預報為當地經濟發展、人員財產安全提供了更好的服務保障。

NOAA最新的颶風模型（the Hurricane Analysis and Forecast System，HAFS）包括了颶風分析和預報功能，將于本季度投入使用。HAFS是NOAA的下一代颶風模型，旨在為NOAA的國家颶風中心在有關熱帶氣旋的軌跡、強度和結構等方面提供可靠預報指導。該模型由NOAA下的大西洋海洋學和氣象實驗室、國家氣象局國家環境預測中心以及海洋與大氣研究所和邁阿密大學聯合開發、測試和評估。

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

相關新技術分析：

（1）小型無人機系統：系統包括了Black Swift Technologies的小型無人機系統S0。Black swift S0無人機系統，比NOAA之前用于測量溫度、壓力和空氣濕度的平臺更加輕便。相關測試工作在NOAA的飛機運營中心進行的，是確保儀器在颶風季節以安全有效的方式執行數據收集任務的關鍵一步。

同時，NOAA還將測試其他小型無人飛機系統的使用，如 Altius 600、Dragoon（陸上發射的小型無人飛機系統）等。

（2）新型機載下投式探空儀：NOAA將部署Streamsondes，這是一種新型輕型氣象下投式探空儀，并集成傳統的下投式探空儀和應用較為成熟的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、相對濕度、風速和風向的剖面數據。XBT是從飛機上釋放的探測器，用于測量海洋溫度和深度。這些設備可以快速釋放到風暴中，從而獲取寶貴的風數據。

（3）海洋表面和水下無人系統：NOAA的新系統將部署由太陽能、風能和波浪能驅動的Saildrones無人水面海洋觀測平臺，監測并跟蹤大西洋颶風。它與水下無人系統集成已提供有關海洋和大氣的信息，包括海面溫度、鹽度、表面氣溫、濕度、壓力、風向和風速以及波高。今年夏天，12架帆船無人機部署在大西洋、加勒比海和墨西哥灣巡邏。

圖2 Saildrone將在整個2023年跟蹤颶風

除此之外，NOAA還將在傳統上颶風路徑覆蓋海域部署水下滑翔機（glider）。水下滑翔機是一類自主觀測平臺，可在近岸和開闊海洋環境中工作，在已知颶風加劇或減弱的海域實現1000米的深度以內的溫度和鹽度觀測。水下滑翔機還將與Saildrones一起實現同步觀測。

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

總結

來自滑翔機、漂流器和Argo浮標的數據通過衛星傳輸到世界氣象組織的全球電信中心。這些信息用于NOAA的運營和研究預測模型以及世界各地的許多其他預測模型。來自Saildrones的數據提供給NOAA科學家，并由NOAA用于推進颶風預報模型的研究。NOAA也使用來自小型無人飛機系統的數據來推進預測模型的研究。