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    以海燕計劃為新突破口,瞄準大型無人機多場景應用——
    探索建立應急機動觀測機制

    發布時間:2022年09月22日 來源:中國氣象報社

    9月17日14時許,隨著一組組三江源重點區域云系分布、大氣垂直廓線以及下墊面探測數據等資料傳回地面指揮部,在填補青藏高原三江源、冰川等地區垂直資料空白以及開展應急機動和空基多場景觀測方面,海燕計劃高空大型無人機高原氣象觀測邁出堅實步伐。

    從海洋到高原

    青藏高原是北半球氣候變化的調節器,其東部、西南部地區是我國東部及長江中下游地區災害性天氣系統的上游關鍵區,也是我國重要的天氣氣候系統敏感區。掌握其大氣三維熱力、動力狀況的年、季、日變化,對于了解我國季風涌、南亞高壓、高原渦等天氣氣候系統演變以及低緯海洋水汽通道建立,至關重要。

    “海燕計劃利用高空大型無人機機動觀測的優勢,對青藏高原重點生態區、冰川區進行直接有效探測,與正在進行的青藏高原科學考察目標結合,獲取定點和更大范圍的垂直觀測資料,這無疑是打破重點區域資料空白的一個重大突破?!?月17日,中國工程院院士、試驗總顧問徐祥德表示。

    數據顯示,近年來,高原地區冰川退化呈現“南部快北部慢”的特征。在此背景下,了解冰川退化區域大氣垂直結構、溫度、水循環特征、云水資源狀況等,將對研究冰川退化與氣候變化之間關系以及開展青藏高原人工增雨等決策和行動提供強有力支撐。

    中國氣象局綜合觀測司司長曹曉鐘告訴記者,結合青藏高原科學考察和高原氣候變化研究及應對需求,中國氣象局啟動2022年海燕計劃高原氣象觀測試驗,利用高空大型無人機平臺優勢,搭載有效探測手段,對人員和儀器裝備無法到達的重點區域開展垂直觀測,可有效彌補高原區域部分觀測資料不足。

    實際上,2020年海燕計劃中高空大型無人機在海洋上空的垂直觀測資料,已應用于中國氣象局全球同化預報系統評估應用,為臺風預報的模式性能改進和臺風監測提供了基礎支撐。

    “國際上高空大型無人機的資料應用已經取得成效,希望建立相應的業務流程,階段性開展無人機高原觀測,加深對氣候變化背景下冰川凍土、生態環境,尤其對三江源地區和冰川之鄉-波密等大氣垂直探測與水分循環三維結構、水補給的新認知,將成為氣候變化背景下青藏高原水資源與生態安全保障決策的重要依據?!毙煜榈陆ㄗh。

    圖為無人機結束滑行,離地起飛 中國氣象局氣象探測中心供圖

    來自高原的考驗

    在搭載下投探空系統的基礎上,此次高原觀測試驗新增機載合成孔徑雷達、大氣微波綜合廓線儀和Ka波段多普勒散射計。

    其中,機載合成孔徑雷達可以獲取下墊面生態分類、冰川面積等信息,相當于為探測區域拍攝一幅“巨型畫”,為高原區域生態狀況評估以及生態區域修復提供精準信息;Ka波段多普勒散射計可以觀測下墊面風場,實現非晴空天氣條件下大氣風場和云、降水的探測;大氣微波綜合廓線儀能夠連續觀測三江源地區從飛行高度到地面大氣環境中溫度、濕度等的大氣垂直廓線資料。

    而高原高空大氣氣溶膠、云和降水、對流層-平流層大氣物理/化學交換等觀測資料對于改進模式云物理參數化過程,服務重大科學試驗與專項服務保障,開展高原云降水變化和災害天氣的機理和發展趨勢研究等都顯得極為迫切。

    然而,獲取這些資料絕非容易?!耙呀浻洸磺宥嗌賯€日日夜夜,試驗現場團隊人員在高寒缺氧的紅原機場對新設備進行反復調試和匹配試驗,一步步解決裝備和無人機的‘磨合’問題?!敝袊鴼庀缶謿庀筇綔y中心(以下簡稱“探測中心”)、試驗現場載荷測試組負責人郭然說。

    “新載荷在高原環境下應用,可為其下一步在氣象衛星的應用奠定基礎?!碧綔y中心正研級高工郭啟云表示,此次試驗還利用新型載荷開展衛星-無人駕駛航空器-地面系統真實性檢驗,支撐風云衛星大氣微波綜合廓線儀、Ka波段多普勒散射計等載荷定標精度驗證以及質量檢驗。

    實際上,高原上惡劣的氣候和地理環境對飛行器的考驗同樣不小。四川省阿壩藏族羌族自治州紅原機場海拔3500多米,空氣稀薄,飛機滑行產生同樣的升力需要更高的速度,即需要更長的跑道讓飛機滑行加速到所需升力。因此,今年海燕計劃選用的翼龍-2,是針對我國全疆域應用需求研制的高性能中空長航時無人機。

    瞄準未來多場景應用

    研究發現,近年來,青藏高原整體生態呈好轉趨勢,其中降水補給增多是高原生態向好的重要因素。此次試驗對三江源水源涵養區、冰川變化關鍵和重點區域開展下墊面植被分布、水循環、植被生長變化等開展觀測,其數據可為相關區域減緩冰川退化、應對氣候變化等提供依據。

    此外,此次無人機還可以在云水資源需求區連續探測云內微物理特征,實時采樣大氣氣溶膠和云降水粒子譜、云降水粒子相態、云液水含量等環境氣象要素,為下一步科學開發利用空中云水資源、檢驗人工影響天氣效果提供支撐。

    “瞄準重大天氣過程、重要應急救災時刻‘靶向式’加密觀測需求,打破探空站加密空間限制,踐行‘人民至上、生命至上’理念,不斷完善和建立機動觀測流程,為大型無人機多場景應用奠定基礎?!碧綔y中心副主任、試驗副總指揮張雪芬介紹,在“無人移動”時代,無人機的機動觀測和執行任務能力將得到更廣泛的應用。

    首飛任務完成后,海燕計劃還將在高原地區開展一系列觀測、人工影響天氣試驗,為高原云降水變化、災害天氣機理和發展趨勢研究,提高高原地區的天氣、氣候模式預報預測能力,開發水資源、保障生態安全提供直觀觀測資料。

    “未來,作為彌補青藏高原無人區、臺風、山洪、山火等場景常規觀測不足的重要手段,大型無人機應用場景將越來越廣泛。氣象部門將利用海燕計劃,不斷實踐海洋、高原等更多探測模式,探索建立國家級機動觀測業務流程,為精密監測和氣象防災減災第一道防線打牢基礎?!碧綔y中心主任、試驗總指揮李良序表示。

    (作者:簡菊芳 安濤?責任編輯:張林)

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