揭秘颱風監測與預報“黑科技” ：給颱風“拍CT”讓風雲可測
2020年6月，省氣象探測中心的蒲大波在西沙東島維修自動站。
2020年8月，省氣象探測中心的匡昌武為我國高空氣象無人機首飛提供保障。
2020年8月，三沙市氣象局工作人員在投放探空氣球。
2020年7月，省氣象探測中心的工作人員維護七洲列島海島站。
影視科追風小組現場觀風測雨。
身處熱帶沿海，海南島常常會在夏秋兩季迎來一位“客人”的“登門造訪”，那就是颱風。幾千年來，颱風所到之處，狂風暴雨，雖能灌溉樹木莊稼，也隱藏着一定危險，人們一度只能聽之任之。隨着科學技術的發展和經驗的累積，人們越來越能摸清這位“不速之客”的規律，也越來越知道如何“招待”它。
監測 運用“海陸空”三維體系
“颱風的初始狀態是熱帶雲團。”在氣象部門工作了25年，海南省氣象台首席預報員郝麗清對這位“老朋友”十分熟悉：“熱帶雲團發展到一定程度後，會導致地面氣壓降低，形成熱帶低壓，熱帶低壓旋轉達到一定風速之後就形成了颱風”。
然而，颱風生成於無垠的海洋。在過去，氣象部門的監測手段僅限於陸地，即地面氣象觀測站，在海上醖釀的“嬰兒期”颱風，之於人類，可謂遙不可及。現在，氣象部門通過建設海洋氣象浮標，將觀測視野從陸地延展到海上；再加之雷達、衞星等遙感探測手段，建立起了“海陸空”三維觀測體系，從而更加直觀地監測到各種氣象數據，把握颱風的發展與變化。
據省氣象探測中心副主任陳卿才介紹，目前，海南共有5個海洋氣象浮標站和4個新一代天氣雷達。而全島的地面氣象觀測站也增加到了550多個，基本覆蓋了全省每個鄉鎮。每一天，温度、濕度、氣壓等多項氣象數據都會通過GPRS或北斗衞星通信24小時實時不間斷傳輸到氣象部門，而這些數據都與觀察、監測颱風息息相關。
“同為‘空軍’，衞星和雷達都是通過遙感技術來實現監測。”陳卿才介紹，但衞星是從高空監測，呈現的是宏觀數據；相比之下，雷達是近距離地基遙感探測，可以監測到更多的細節，“在台風定位定強上，二者形成互補”。
在海口氣象綜合探測基地，每天早7時15分和晚7時15分，都會有一個氣球緩緩升入空中。遠遠望去，除了尺寸更大，這個氣球與普通的氫氣球並無二致，但其實它的下端藏着大秘密——裏面裝着一枚探空儀。“這種氣球叫作探空氣球，它在升空的過程中不斷蒐集並向地面傳輸氣象數據，至少到達2.8萬米的高空後，氣球才會爆炸。”陳卿才介紹，在探空氣球升空的過程中，它會不斷蒐集並向地面傳輸氣象數據，這也是探測中心掌握颱風情況的重要手段。
在地面，海南的氣象觀測設備也在大跨步地發展，自動化程度越來越高。地面氣象觀測站都從有人值守變成了無人值守。“原先，一個有人地面氣象觀測站大概需要5個人進行數據監測，”陳卿才回憶，那時，還需要靠人工讀温度表、濕度表等各種表，手寫記錄數據，再通過電話等形式傳輸，“現在氣象觀測站的數據採集器會自動採集颱風天等各種天氣下的數據，再通過GPRS或北斗衞星通信傳輸過來，只需要對氣象觀測站進行日常保養和維修即可”。
8月2日，一架高空氣象探測無人機從海南博鰲機場騰空而起。這架大型氣象探測無人機成功投下30枚探空儀，與毫米波雷達一起，對台風“森拉克”外圍雲系進行了“CT式立體掃描”。一組組颱風外圍雲系的温度、濕度、氣壓、風向、風速等數據被實時傳回，這意味着我國首次高空大型無人機海洋、颱風綜合觀測試驗取得圓滿成功。
“這又是氣象觀測史上的一個新突破。”陳卿才興奮不已：“搭載探空儀的無人機能夠穿過颱風，飛到颱風雲層上，與其他設備相比，無人機更能準確監測到颱風內部的氣象數據”。
預報 在不規律中找規律
探測數據只是第一步。從探測設備到氣象部門，數據在其間的傳輸也至關重要。這中間，就少不了省氣象信息中心的保障。
“我們全年不間斷地監控各類氣象觀測數據的傳輸狀態，保障觀測數據的及時性和可用性，為氣象預報和服務提供可靠的數據支撐。”省氣象信息中心技術人員王立俊説，信息中心還會對疑誤數據進行審核，也就是説，所有原始觀測數據會由質控系統自動初篩一遍，如果其中有突變值，就會交由人工再次核查。技術人員根據數據閾值進行判斷，難以判斷的則要由數據來源的市縣監測站進行確認，“有時候，數據異常是因為觀測儀器損壞、異常，這就需要市縣監測站的工作人員到現場核查”。
真實、可用的數據最終來到氣象預報員手上，經由他們進行分析、形成結論。
郝麗清説，數值模式是目前全球氣象部門廣泛應用的一個數據系統。“數值模式就是計算機依據大氣運動方程組，使用數學、物理學方法，客觀定量計算未來天氣演變的科技手段。在數值模式的基礎上，預報員們再根據自己的經驗做出判斷，加以訂正，形成颱風預報預警信息。”據介紹，數值模式並不是單一的，目前歐洲、美國、日本、德國、中國等多個國家、地區都擁有自己的數值模式。
而每一種設備提供的數據可能並不一致，每一套數值模式計算出的結果也不盡相同，甚至差異極大。這時，預報員辨別、篩選的能力就格外重要。他們需要在不同的海量信息中，快速提取出最接近真相的那一部分，這背後，依靠的是預報員的經驗，和不同數值模式以往的表現。
“我們會根據強度、路徑等方面，對台風進行分類。針對不同分類下的颱風，不同數值模式會有不一樣的表現，其準確率也不同。”郝麗清説，在這種情況下，預報員既要考慮數值模式質量的可靠性，還要考慮這種模式是否經常性獲得，能夠給予足夠的數據支撐。
颱風本身規律難循，這讓預報員作出正確判斷的難度再度升級。“在眼下這個季節的熱帶輻合帶，常年活躍的熱帶雲團在合適的位置生成颱風，其實是很偶然的。”郝麗清説，例如，颱風從胚胎到發展為成熟颱風所需時間不等，快則一天，慢則十天八天；而就路徑而言，受副熱帶高壓影響，西太平洋颱風基本都會往西北“走”，但實際上，颱風在推進過程中，有時候會暫停一會兒，有時候又會往別處拐一點。
氣象預報就是在不規律中找規律。在25年的工作中，郝麗清養成了做工作總結的習慣。“專家的優勢就在於有背景支持和經驗判斷，能夠在發散的數值結果中，找到一個方向”。
目標 為社會、民生築一堵“防風牆”
儘管捉摸不定是颱風的常態，但其中總有一些令人印象格外深刻。比如被業內稱為“異常路徑颱風”的那一部分。
1996年9月，郝麗清還是單位裏的新人，就見識了一個令她至今難忘的颱風。
那年，編號為9618的風暴在南海中部生成並向東移動，然後沿着海南東部沿海北上。風小了、雨小了，大家都以為它要登陸廣東，放鬆了戒備，然而它卻突然轉向西南，正面襲擊了海南北部和西部地區，打得海南人民措手不及。隨後，它圍繞着海南島旋轉了整整一圈，不少市縣都出現了不同程度的內澇。
“為了及時、準確預報，面對9618這樣路徑詭譎的颱風，台裏必須24小時全員值班。而那時候氣象台的人員配備還沒有現在這麼充足，輪班排得緊，每輪休息不了幾小時就又得起來幹活了。”郝麗清回憶，那時的監測設備也遠不如現在，比如雷達功率大，無法24小時開着，只能由人工每小時打開一次，“所以説，那時候長時間、高強度的颱風對預報員的體力也是一個不小的挑戰”。
現在，作為台裏四位首席預報員之一，郝麗清接過了前輩的接力棒，承擔起了預報把關的壓力。
“颱風預報十分重要。”郝麗清坦言，比方説，如果預報一個颱風為10級，政府部門和人民羣眾都按10級的級別進行防範，結果颱風的強度突然加強，氣象部門卻沒能及時調整預報，就可能給社會經濟、人民羣眾造成很大的損失，所以預報員必須快速反應。
在海南各層級的氣象機構，一代代氣象人仍在接續發力，與颱風“PK”，努力為社會、民生築造一堵堅實的預報“防風牆”。公式
人類靠哪些手段鑽進颱風測數據
在温熱的海洋上，一個行進中的快速旋轉的颱風，它的內部一直是一個神秘的地方。風多大？雨多大？風眼多大？眼壁多高？這些只有接近颱風才能獲取的珍貴數據，能幫助預報員作出更為準確的關鍵判斷。
因此在過去的幾十年中，人們不斷做着同一個努力——運用各種設備、手段走進颱風。
無人機
Q：無人機的優勢有哪些？
A：成本相對低，晝夜可用。
Q：無人機的探測手段有哪些？
A：下投探空儀、機載雷達和温濕探頭等。
Q：無人機的工作位置？
A：高空大型無人機通常會飛到颱風的頂上向下對台風進行探測(包括在台風中心附近下投探空儀等)。
在某些情況下，無人機還能到達風暴中心。2005年10月1日，我國台灣科學家利用MK-III無人機成功穿越“龍王”颱風眼，獲取了飛行高度(3公里)處颱風眼壁最大風速等觀測資料。
有人機
Q：歷史上，有人飛機曾數次發生遇險事件，但美國在每年颶風季都沿襲着派出“颶風獵人”的傳統。這一觀測方式有哪些不可替代的作用？
A：一般來説，有人飛機在續航時間、抗壓能力等方面都佔據明顯優勢。特別是在對一些強度較強熱帶氣旋的觀測中，無人機往往只能在外圍觀測，而有人飛機則具備進入颱風眼觀測的能力。
火箭
Q：火箭探測颱風的優勢是什麼？
A：可以還原颱風瞬間原貌。火箭幾分鐘內下投多枚探空儀，幾乎就是給颱風來一個“瞬間照相”。不過，由於火箭整體造價昂貴且難以重複利用，所以在業務化方面存在一定困難。(摘自《中國氣象報》)
本版圖片均由省氣象台提供