AAS封面文章|,西北太平洋熱帶氣旋觀測和資料庫的發展

據統計,颱風每年給我國造成的經濟損失平均約295億元,最高年份近千億元。儘管我國颱風預報水准近年來穩步提高,但海上觀測資料的匱乏限制了對颱風演變機理的研究和預報科技的提升。中國氣象局於2018年啟動的“海燕計畫”是我國首次基於高空大型無人機的海洋綜合觀測試驗。此外,AAS2021年第四期還出版了西北太平洋熱帶氣旋資料庫的數據描述文章。

據統計,颱風每年給我國造成的經濟損失平均約295億元,最高年份近千億元。儘管我國颱風預報水准近年來穩步提高,但海上觀測資料的匱乏限制了對颱風演變機理的研究和預報科技的提升。

中國氣象局於2018年啟動的“海燕計畫”是我國首次基於高空大型無人機的海洋綜合觀測試驗。在2020年追逐“森拉克”的觀測試驗中,大型氣象探測無人機成功下投30枚探空儀,與毫米波雷達一起,對颱風“森拉克”週邊雲系進行了“CT式立體掃描”。同時,海面上的無人艇和漂流浮標對森拉克颱風進行了全程的觀測,其中由中科院大氣物理研究所為主研發的太陽能無人艇實現了國際上首次利用太陽能無人艇主動接近颱風中心並進行探測。

“翼龍—10”大型無人機

中科院大氣所太陽能無人艇

這次對南海的空天海立體綜合觀測全過程的詳細記錄和科學意義以兩篇News and Views文章的形式發表在Advances in Atmospheric Sciences(AAS)上,並在AAS第四期封面展示了此次“海燕計畫”綜合立體觀測試驗的要素。

AAS2021年第四期封面

“海燕計畫”試驗科技組組長、中國氣象局氣象探測中心副總工張雪芬是其中全面介紹海燕計畫文章的第一作者,她說:“我們在7月31日至8月2日首次對森拉克颱風發生發展過程進行了綜合立體觀測,無人機在8月2日開展了對森拉克颱風週邊雲系探測,飛行高度達1萬米,成功獲得30組下投探空廓線,同時獲取近80分鐘毫米波測雲數據,全程飛行時間為4小時;海面上的無人艇和漂流浮標對森拉克颱風進行了全程的觀測,其中無人艇離颱風中心最近距離為2.4km。智慧平漂探空在颱風過境前期釋放了8次返式智慧探空。‘海燕計畫’觀測試驗共獲得5種設備的21種要素的觀測資料,試驗資料對颱風的定位、定强起到重要的支撐作用,經數值模式評估,同化觀測資料後使颱風影響區域降水預報評分提高3%,對今後深入分析颱風結構及其對南海的影響、開展數值模式的應用以及未來建立無人機氣象觀測業務都具有里程碑的意義。”

中國科學院大氣物理研究所無人船研發團隊負責人陳洪濱研究員在介紹無人艇主動航行穿過颱風“森拉克”的文章中說:“在2020年無人艇南海觀測期間,太陽能無人艇完成了連續的長航時航行測試(26天)和雙艇協同觀測試,並主動航行至2020年第3號颱風“森拉克”路徑上,獲得了非常接近颱風中心的實时觀測數據,獲取的每分鐘高時間分辯率實时觀測數據第一次應用於颱風預報預警的業務工作。無人艇在惡劣的海洋環境下也能完成機動探測,為颱風預報、預警和研究提供傳統觀測手段無法獲得的數據支撐。”

此外,AAS2021年第四期還出版了西北太平洋熱帶氣旋資料庫的數據描述文章。中國氣象局自上世紀70年代起開展系統性的西北太平洋(WNP)及南海(SCS)熱帶氣旋資料整編,內容包括1949年至今所有TC的最佳路徑、强度、登入資訊、風雨影響、大尺度環境場等。近年來,大範圍連續的熱帶氣旋遙感監測及外場特種探測更加豐富了熱帶氣旋數據資源。據此,中國氣象局上海颱風研究所構建了西北太平洋熱帶氣旋多源資料庫。該資料庫具有時間序列長、覆蓋範圍廣、觀測要素多的特點,涵蓋了與TC有關的歷史或實时位置、强度、動熱力結構、大風、降水、灾害、大氣環境等多類型資訊。

在AAS發表的這篇數據文章中,主要介紹了西北太平洋熱帶氣旋多源資料庫的概況及其中所包含的3大類覈心數据集(TC最佳路徑强度數据集、登入及近海影響我國的TC風雨數据集及TC野外試驗觀測數据集)的獲取管道、內容特點、共亯途徑和潜在的應用方向,以期促進其在颱風科學研究、業務預報及防臺减灾各行業(海洋、氣象、水文、交通、農業等)的推廣和應用,為提升防臺减灾能力提供更好的數據支撐。

文章的第一作者,上海颱風研究所魯小琴研究員說:“這個資料庫是唯一的西北太平洋熱帶氣旋多源、多時空尺度的綜合資料庫,這些數據對於揭示西北太平洋和中國南海發生發展的熱帶氣旋的規律有重要意義。我們也希望這個資料庫可以借助人工智慧等新技術繼續在更廣泛的領域得到深入運用並充分發揮其科學價值。”

中國的氣象工作者不斷發展觀測手段、擴建越來越豐富細緻的長時間序列颱風資料庫,為研究、預報和防灾减灾工作提供强有力的數據支撐。AAS也將致力於為廣大科技工作者提供展示成果、記錄數據的平臺。

Chen.H. B.,and Coauthors,2021: IAP’s solar-powered unmanned surface vehicle actively passes through the center of Typhoon Sinlaku(2020).Adv. Atmos.Sci.,https://doi.org/10.1007/s00376-021-1006-1

Lu,X. Q.,H. Yu,M. Ying,B. K. Zhao,S. Zhang,L. M. Lin,L. N. Bai,and R. J. Wan,2021: Western North Pacific tropical cyclone database created by the China Meteorological Administration.Adv. Atmos.Sci.,https://doi.org/10.1007/s00376-020-0211-7.

Zhang,X. F.,and Coauthors,2021: Comprehensive marine observing experiment based on high-altitude large Unmanned Aerial Vehicle(South China Sea Experiment 2020 of the“Petrel Project”).Adv. Atmos.Sci.,https://doi.org/10.1007/s00376-020-0314-1

海洋綜合觀測試驗示意圖

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