台风 “红霞” 影响华南沿海期间,由中国气象科学研究院联合深圳市国家气候观象台组建的科研团队,在深圳大鹏半岛中国气象局低空经济无人航空气象保障野外科学试验基地,完成国内首次蜂群无人机台风过境全过程立体观测试验,一举补齐传统气象观测体系近海低空探测盲区短板,为台风精准预报预警搭建全新技术观测体系。
本次观测试验自 7 月 24 日台风逼近阶段启动,完整覆盖台风靠近、登陆、过境减弱至消散全生命周期。科研团队部署多机型协同蜂群阵列,每架无人机搭载温湿度传感器、风场探头、湍流监测仪、全天空成像仪等专业气象载荷,依托机间自组网协同控制技术,实现多点位、多层次、小时级高密度立体采样,同步采集台风低层大气温度、湿度、气压、风切变、湍流垂直廓线核心数据,同步记录强风暴雨环境下无人机航迹偏移、机身震荡、动力功耗等运行参数。
长期以来,我国卫星、地基雷达、地面气象站、有人气象机构成的综合观测系统存在明显局限:气象卫星无法穿透厚重云系获取台风低层内部精细数据,雷达仅能实现平面扫描,载人探测飞机成本高、极端强风环境下安全风险极大,近海海面至低空数百米区间长期存在观测空白,直接制约台风强度研判、风雨落区预报精准度提升。
相较于传统单机探测模式,本次试验运用的蜂群观测系统具备三大核心技术优势:一是三维全域覆盖,多机分层编队同时作业,构建网格化立体观测网络,消除单点观测数据断层;二是灵活高适配,可根据台风实时路径、云系结构动态调整编队空域与飞行高度,适配强湍流、高湿度极端气象环境;三是高可靠低成本,分布式组网架构保障单架无人机受气流干扰失联后,剩余机组可持续回传有效观测数据,整体作业成本远低于载人气象飞机,可规模化常态化投入台风应急探测任务。
试验负责人、中国气象科学研究院研究员郭建平表示,本次试验同步开展台风边界层结构探测与极端天气无人机适航性双重科研攻关,一方面获取台风近海低层大气第一手实测数据,填补国内观测数据空白;另一方面量化狂风、强降雨对无人机飞行稳定性的干扰阈值,明确极端气象条件下低空无人装备安全飞行约束边界,为低空经济气象保障、应急无人机标准化应用积累关键科学依据。
现场实测数据显示,蜂群无人机成功穿透台风外围螺旋雨带,精准捕捉近海低层风场突变、水汽垂直输送、湍流剧烈波动等关键气象特征。这批独家实测数据将直接用于优化台风数值预报模型,有效缩小台风路径、强度预报误差,提升沿海城市暴雨、大风灾害提前预警能力,为粤港澳大湾区及全国沿海台风防灾减灾提供硬核科技支撑。
业内专家评价,此次蜂群无人机全流程台风观测试验,标志我国新域新质气象探测装备实现重大技术落地突破,正式建立 “卫星 – 雷达 – 地面站 – 蜂群无人机” 四位一体全高度立体台风观测体系。下一步,科研团队将持续优化蜂群协同算法、轻量化气象载荷,推进该观测技术常态化投入台风、强对流等灾害性天气监测业务。