科研進展

AAS封面文章| 西北太平洋热带气旋观测和数据库的发展

  據統計,台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。盡管我國台風預報水平近年來穩步提高,但海上觀測資料的匮乏限制了對台風演變機理的研究和預報技術的提升。

  中国气象局于2018年启动的“海燕计划”是我国首次基于高空大型无人机的海洋综合观测试验。在2020年追逐“森拉克”的观测试验中,大型气象探测无人机成功下投30枚探空仪,与毫米波雷达一起,对台风“森拉克”外围云系进行了“CT式立体扫描”。 同时,海面上的无人艇和漂流浮标对森拉克台风进行了全程的观测,其中由中科院大气物理研究所为主研发的太阳能无人艇实现了国际上首次利用太阳能无人艇主动接近台风中心并进行探测。
 
“翼龍—10”大型無人機
 
中科院大氣所太陽能無人艇
  这次对南海的空天海立体综合观测全过程的详细记录和科学意义以两篇News and Views文章的形式发表在Advances in Atmospheric Sciences(AAS)上,并在AAS第四期封面展示了此次“海燕计划”综合立体观测试验的要素。
 
AAS2021年第四期封面
  “海燕计划”试验技术组组长、中国气象局气象探测中心副总工张雪芬是其中全面介绍海燕计划文章的第一作者,她说: “我们在7月31日至8月2日首次对森拉克台风发生发展过程进行了综合立体观测,无人机在8月2日开展了对森拉克台风外围云系探测,飞行高度达1万米,成功获得30组下投探空廓线,同时获取近80分钟毫米波测云数据,全程飞行时间为4小时;海面上的无人艇和漂流浮标对森拉克台风进行了全程的观测,其中无人艇离台风中心最近距离为2.4km。智能平漂探空在台风过境前期释放了8次返式智能探空。‘海燕计划’观测试验共获得5种设备的21种要素的观测资料,试验资料对台风的定位、定强起到重要的支撑作用,经数值模式评估,同化观测资料后使台风影响区域降水预报评分提高3%,对今后深入分析台风结构及其对南海的影响、开展数值模式的应用以及未来建立无人机气象观测业务都具有里程碑的意义。”
  中國科學院大气物理研究所无人船研发团队负责人陈洪滨研究员在介绍无人艇主动航行穿过台风“森拉克”的文章中说:“在2020年无人艇南海观测期间,太阳能无人艇完成了连续的长航时航行测试(26天)和双艇协同观测试,并主动航行至2020年第3号台风“森拉克”路径上,获得了非常接近台风中心的实时观测数据,获取的每分钟高时间分辨率实时观测数据第一次应用于台风预报预警的业务工作。无人艇在恶劣的海洋环境下也能完成机动探测,为台风预报、预警和研究提供传统观测手段无法获得的数据支撑。”
  此外,AAS2021年第四期還出版了西北太平洋熱帶氣旋數據庫的數據描述文章。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、強度、登陸信息、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,中國氣象局上海台風研究所構建了西北太平洋熱帶氣旋多源數據庫。該數據庫具有時間序列長、覆蓋範圍廣、觀測要素多的特點,涵蓋了與TC有關的曆史或實時位置、強度、動熱力結構、大風、降水、災害、大氣環境等多類型信息。
  在AAS发表的这篇数据文章中,主要介绍了西北太平洋热带气旋多源数据库的概況及其中所包含的3大类核心数据集(TC最佳路径强度数据集、登陆及近海影响我国的TC风雨数据集及TC野外试验观测数据集)的获取方式、内容特点、共享途径和潜在的应用方向,以期促进其在台风科學研究、业务预报及防台减灾各行业(海洋、气象、水文、交通、农业等)的推广和应用,为提升防台减灾能力提供更好的数据支撑。
  文章的第一作者,上海台風研究所魯小琴研究員說:“這個數據庫是唯一的西北太平洋熱帶氣旋多源、多時空尺度的綜合數據庫,這些數據對于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。我們也希望這個數據庫可以借助人工智能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、擴建越來越豐富細致的長時間序列台風數據庫,爲研究、預報和防災減災工作提供強有力的數據支撐。AAS也將致力于爲廣大科技工作者提供展示成果、記錄數據的平台。
  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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