半个世纪以来,靠什么,我们可以钻进台风测数据!

半个世纪以来,靠什么,我们可以钻进台风测数据!
2020年8月18日 No Comments 波音城客户端下载 admin

  来源: 中国气象

  在温热的海洋上,一个行进中的快速旋转的台风的内部一直是一个神秘的地方。风多大?雨多大?风眼多大?眼壁多高?都在轻易激起人们的想象力。但这些,不只关乎想象力。这些只有接近台风才能获取的珍贵数据更是能帮助预报员做出——天气预报中关于台风有多强向哪走、走多快是否能登陆、在哪里登陆更为准确的关键判断。

卫星云图  

  因此,在过去的几十年中,人们不断做着同一个努力——走进,台风。

  team1:无人机

  CN-1型无人机(左图为无人机飞行轨迹)

  主要任务:观测2008年第7号台风“海鸥”

  观测时间:2008年7月18日

  观测区域:经历了降水区、逆风区、强对流区

  工作高度:300米或500米(大部分时间在台风云系下的降水区中飞行)

  探测手段:机载探空仪

  这次探测,是中国大陆首次利用无人机直接向台风中心方向飞行,进行台风基本气象要素的探测。

  “翼龙-10”大型无人机

  主要任务:观测2020年第3号台风“森拉克”

  观测时间:2020年8月2日

  观测区域:“森拉克”海上右侧云系

  工作高度:1万米高空

  探测手段:下投式探空仪、机载毫米波雷达

  这是我国首次开展高空大型无人机海洋、台风综合观测试验。

  Q&A

  Q:无人机的优势有哪些?

  A:成本相对低,昼夜可用。

  Q:无人机的探测手段有哪些?

  A:下投探空仪、机载雷达和温湿探头等。

  Q:无人机的工作位置?

  A:高空大型无人机通常会飞到台风的顶上向下对台风进行探测(包括在台风中心附近下投探空仪等)。

  在某些情况下,无人机还能到达风暴中心。2005年10月1日,我国台湾科学家利用MK-III无人机成功穿越“龙王”台风眼,获取了飞行高度(3公里) 处台风眼壁最大风速等观测资料。

  team2:有人机

  NOAA“飓风猎人”P-3型

  主要任务:定位风暴中心并测量风眼区域的中心气压和地面风

  人员配置:由18至20名机组人员组成的工作组,一般包括飞行员、导航员、工程师、技术员和飞行气象学家(飞行主管)。

  工作时长:能够在8-10小时的飞行任务中不断探测气压和风的变化。

  探测手段:当P-3型“飓风猎人”飞抵飓风眼壁附近时,空投式探测仪器通过GPS定位,传回压力、温度、湿度、风向风速数据,详细描述飓风结构和强度。它尾部的多普勒雷达和机腹雷达系统可以同时扫描飓风的水平和垂直结构,这些数据能让预报员实时看到飓风。

  NOAA“飓风猎人”G-IV型

  主要任务:收集风暴之上和外围区域的气象数据。

  人员配置:与P-3型类似

  巡航高度:1.3万米

  飞行距离:超过7400公里(与P-3型相比,G-IV型飞行距离更远,巡航高度更高。)

  探测手段:1997年以来,G-IV几乎飞越了每一个影响美国的飓风,通过GPS下投式探测仪和机尾多普勒雷达收集高海拔数据。

  Q&A

  Q:历史上,有人飞机曾数次发生遇险事件,但美国在每年飓风季都沿袭着派出“飓风猎人”的传统。这一观测方式有哪些不可替代的作用?

  A:一般来说,有人飞机在续航时间、抗压能力等方面都占据明显优势。特别是在对一些强度较强热带气旋的观测中,无人机往往只能在外围观测,而有人飞机则具备进入台风眼观测的能力。

  team3:火箭

  火箭

  观测台风:2015年第22号台风“彩虹”

  观测时间:2015年10月3日晚

  观测区域:台风云团中心区域

  飞行速度:时速数千公里

  飞行时长:6分钟

  探测手段:下投式探空仪

  Q&A

  Q:火箭探测台风的优势是什么?

  A:可以还原台风瞬间原貌。火箭几分钟内下投多枚探空仪,几乎就是给台风来一个“瞬间照相”。不过,由于火箭整体造价昂贵且难以重复利用,所以在业务化方面存在一定困难。

  team4:无人艇

  “海洋气象观测者-3”(简化绘制)

  观测台风:2020年第3号台风“森拉克”

  观测时间:2020年8月初

  观测区域:穿过台风中心

  Q&A

  Q:无人艇获取数据后怎样回传?

  A:MWO-3搭载气象和海洋观测传感器,通过中国北斗卫星传输数据。

  Q:无人艇观测台风有哪些优势?

  A:相比传统的海洋浮标观测,MWO-3无人艇能够机动应变,获取最优位置的实时观测数据,具有其他观测手段不具备的独特优势。

  不过,拿到这些数据后,预报员们会怎样使用呢?

  定位

  有那么一些“狡猾”的台风,它们强度不强,眼区不明显,靠着高层云系作为“掩护”,与预报员玩捉迷藏,台风中心的准确定位成为一个挑战。

  这时候,在卫星监测基础上,就需要辅以一些别的观测工具或手段。

  以8月初成功穿越南海低压(今年第3号台风“森拉克”的前身)的半潜式无人艇为例。8月1日上午11点,低压中心大致位于我国海南岛东南外海,但该海域是常规观测的盲区,而卫星云图上很难确定低压中心。预报员获知,此时附近海域无人艇上记录到的风向是西风(263度),风速3米/秒(近乎于静风)。根据台风逆时针旋转的性质,可以得到“低压中心位于无人艇北部且非常靠近无人艇”的结论结合无人艇的实时位置,加上其他资料,就可以做出更为准确的定位了。

  除了无人艇,无论是具备穿越眼区能力的有人机还是主要在台风外围监测的无人机,都可以用类似的方式为预报员提供帮助。

  定强

  目前台风监测分析业务实践中,利用卫星云图确定台风强度的通用方法是美国气象学家Dvorak博士于上世纪70年代研发的一种基于台风云型特征和指标的强度估计分析技术(简称Dvorak技术),该技术被世界各主要热带气旋业务中心广泛采用且沿用至今。

  Dvorak技术虽然是估测台风强度最实用且最成功的方法,但它毕竟不是对台风的“直接”观测。而飞机,包括有人飞机以及有长续航能力的无人飞机,可以借助机载观测平台及下投探空仪,获取飞行层及台风垂直结构信息。这些“直接”观测资料能帮助预报员更准确地分析台风当前位置、强度及结构等信息,从而提高台风路径、强度和风雨预报的精准度。

  数值预报

  如果说,上面这些都是对预报员直接帮助的话,那么当无人机、有人机飞到台风上空,下投探空仪的那一刻,就是为数值天气预报寻找“高能加餐”,进而间接帮助预报员的时刻了。

  探空仪从万米高空下落,垂直穿越台风, 300百帕、500百帕、850百帕……一直到落入海中,一路收集到包括风温湿压在内的大气垂直廓线数据。

  这些代表台风结构或周围环境场的数据细致而清晰,进入模式后汇聚成一个更为清楚的初始场,就能帮助做出更为准确的数值预报产品。

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