有了衞星和雷達，為何還要用高空無人機探測颱風

本文轉自【中國氣象報社】；

解讀專家：中國氣象局氣象探測中心副總工 張雪芬

中央氣象台颱風與海洋氣象預報中心主任 錢傳海

中國氣象局綜合觀測司站網管理處副調研員 楊曉武

航空工業成飛翼龍10副總設計師 張志堅

中國氣象報記者 簡菊芳 王亮

無人機探測颱風，優勢在哪兒？

近年來，我國颱風路徑預報誤差改進明顯，但是，颱風的精細監測預報預警能力仍然無法滿足防颱風減災的實際需求。這不僅是我國面臨的困難，全球所有受到颱風（熱帶氣旋）影響的國家和地區都如此。

錢傳海表示，特別是弱颱風的準確定位、近海台風的快速增強、登陸颱風的精細降水和大風預報、多台風相互作用造成的異常路徑等一直是颱風業務中面臨的巨大挑戰。颱風在海上生成，海上觀測資料稀疏，甚至是觀測盲區，現有天基觀測手段無法對台風進行精細的“直接”探測，預報員有時無法準確知道颱風中心到底在哪裏，數值模式也無法準確描述颱風渦旋結構，從而造成預報誤差偏大。

視頻：我國首次高空無人機台風綜合探測試驗成功

海上觀測資料極其珍貴。上世紀50年代初，美國開展了帶有準業務性質的颱風/颶風飛機觀測。研究結果表明，增加飛機觀測後，颱風路徑預報誤差減少10%-30%，強度預報誤差降低20%-40%。在嚐到飛機直接觀測的甜頭後，美國不斷改進、升級觀測儀器，近年來已嘗試開展無人機探測颶風業務。

國際多種數值模式結果證明，飛機下投探空能明顯改進颱風預報。實際上，早期模式中刻畫颱風結構也有飛機觀測的貢獻。

飛機觀測是岸基觀測的延伸，是對台風直接觀測的最有效手段。張雪芬表示，搭載下投探空系統、雲雷達等機載設備的高空無人機，可獲取颱風內部精細結構特徵和垂直結構信息，幫助預報員更準確分析颱風位置、強度及結構等信息。

在錢傳海看來，預報員利用颱風直接探測資料開展台風位置、結構和強度分析，只是資料應用的一部分。更為重要的，這些珍貴的觀測資料應用於數值預報模式，從而提高台風路徑、強度和風雨預報精準度。

因此，利用大型無人機對台風開展直接觀測，是破解颱風強度預報難題、提高路徑預報準確率的重要手段。

無人機探測颱風，需要做哪些工作？

利用無人機平台開展台風探測試驗，這是一個全新的課題，國內沒有可以參考和借鑑的範例；這也是一個龐大而系統的工程。

2018年，中國氣象局啓動了無人機氣象觀測佈局設計及科研試驗工作。由中國氣象局氣象探測中心（以下簡稱探測中心）聯合航空工業集團、國家氣象中心、海南省氣象局、中國氣象科學研究院、國家衞星氣象中心等12個單位和企業開展大型觀測試驗。

在飛機選型上，探測中心對國內各大型無人機生產企業進行了廣泛調研，最終與實力雄厚的成飛公司簽訂了戰略合作協議，選用翼龍-10無人機。

當時，國際上下投探空系統基本為芬蘭所壟斷，價格高昂。“聯合國內企業研製，搞自主知識產權的下投探空系統。”項目負責人張雪芬當機立斷，不僅如此，探測中心還協調飛機平台和載荷設計單位，結合翼龍-10無人機研製了與之匹配的特有的載荷掛裝技術。

在載荷研發方面，探測中心組織完成了下投探空系統掛接的標準化設計與研發、載荷綜合管理控制系統、航電系統的改造，無數次對載荷安全性氣動特性仿真、數字投放安全仿真、風洞投放安全試驗。

張志堅説，儘管飛機本身是成熟的，但是，加掛氣象載荷開展海洋高空探測還屬於國內先例。為適應氣象探測需求，試驗組研製了專用的探空吊艙，以實現安全可靠投放探空儀，並對無人機加掛載荷進行適應性改造和大量安全測試，涉及載荷的標準化掛裝及操控系統改進、多載荷通信及集成技術改進、飛機控制系統及與氣象保障系統的連接改進等。

如何讓飛機安全飛進探測目標區域，載荷發揮最大效益？在這些問題上，試驗組組織了颱風預報、飛機研發設計、探測載荷研製等多個領域專家，召開了幾十次的論證會，對機載毫米波雷達、探空儀等載荷進行了地面和空中各種環境下的安全仿真試驗，並用“莫拉克”颱風資料進行了仿真試驗。

“這是一個系統工程，需要各個單位協作起來。除了飛機、載荷等環節以外，機場的保障、試驗天氣保障等，都很重要。”張雪芬總結。

建設海洋強國，無人機能做什麼？

我國有1.8萬公里大陸海岸線和300萬平方公里管轄海域。

服務國家海洋強國戰略、做好海洋防災減災是氣象部門的重要使命和任務。楊曉武介紹，長期以來，中國氣象局高度重視海洋氣象觀測工作，對標“監測精密、預報精準、服務精細”，通過一系列重大工程項目，構建岸基、海基、空基、天基一體化的海洋氣象綜合觀測系統和相應的配套保障體系。

2016年，《海洋氣象發展規劃（2016-2025年）》出台，明確了發展海洋空基氣象觀測、推進颱風探測的任務。2018年，高空無人機下投探空試驗工作啓動。在海洋氣象規劃和海洋氣象保障工程中，加快以高性能大型無人機為主體的空基觀測體系建設成為開啓邁向海洋氣象強國的征程。

此外，經過海洋氣象保障一期工程建設，截至今年6月，我國海洋浮標、平台站點超過60個，涉及遼寧、天津、山東、上海、浙江、廣東、廣西、海南等8個省（自治區、直轄市）。

據探測中心主任李良序研究員介紹，開展高空無人機海洋綜合探測，通過試驗建立大型無人機台風探測業務系統，打通觀測到業務應用環節，為實現“監測精密、預報精準、服務精細”奠定基礎，對於我國建設海洋強國、海洋戰略發展具有重大戰略意義，為全球氣象服務提供全新精準的技術手段。

根據規劃部署，中國氣象局還將在東海等海域初步形成下投探空和機載遙感探測能力，定期、定點獲取三維大氣觀測資料和洋麪氣象資料。將持續推進後續大型無人機海洋氣象觀測試驗，完善飛機選型、載荷研發、地面氣象保障系統等環節，進一步檢驗裝備性能，實現制度完善、流程優化、調度科學，為大型無人機海洋氣象觀測納入業務化做好支撐。

聯合國亞太經社會/世界氣象組織颱風委員會秘書長喻紀新表示，未來，希望中國可以利用項目開展無人機台風探測的業務化實踐，為提高台風預報精度和防災減災作出中國貢獻，這將是很有意義的工作。