我國(guó)海岸線漫長(zhǎng)，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，臨近大陸和島嶼的海域遼闊，蘊(yùn)藏著豐富的資源。隨著海洋強(qiáng)國(guó)和“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，海上交通運(yùn)輸、漁業(yè)養(yǎng)殖、油氣開(kāi)采、科學(xué)研究、旅游和軍事等活動(dòng)日益頻繁。然而，我國(guó)沿海地區(qū)以及瀕臨海域的氣候多變，氣象條件和海陸環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生臺(tái)風(fēng)暴雨、大風(fēng)、風(fēng)暴潮、大霧和海上強(qiáng)對(duì)流天氣等海洋氣象災(zāi)害。目前人們對(duì)這些海洋災(zāi)害性天氣生消演變的科學(xué)認(rèn)識(shí)還存在諸多不足，進(jìn)而難以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)這些海洋災(zāi)害性天氣，而海上尤其是外海氣象觀測(cè)資料的缺乏是主要原因。
海洋上的氣象觀測(cè)資料在發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)主要由衛(wèi)星遙感、商船氣象報(bào)和非業(yè)務(wù)性飛機(jī)觀測(cè)提供，但比起陸地臺(tái)站網(wǎng)所提供的資料在質(zhì)量和數(shù)量上都有極大差距，不能滿足科研和業(yè)務(wù)需要。這種狀況限制了臺(tái)風(fēng)生成與發(fā)展機(jī)理、海-氣相互作用以及厄爾尼諾事件相關(guān)的氣候變化等研究的深入開(kāi)展，極大地阻礙了海洋氣象和水文環(huán)境預(yù)報(bào)尤其是臺(tái)風(fēng)天氣預(yù)報(bào)能力的提高。我國(guó)周邊廣闊海域上的氣象和水文觀測(cè)站點(diǎn)還非常少，近海布置的浮標(biāo)也不多。商船只能提供不連續(xù)、分散的氣象海況報(bào)告，而海監(jiān)飛機(jī)在惡劣天氣時(shí)不能提供氣象水文信息；島嶼和綜合考察船的氣象探空少，缺少覆蓋面寬、時(shí)間連續(xù)的對(duì)流層廓線剖面探測(cè)。
目前我國(guó)在遠(yuǎn)海氣象探測(cè)，尤其是海上垂直探空觀測(cè)方面，還缺乏有效而又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人駕駛可進(jìn)行探空的海上氣象觀測(cè)系統(tǒng)，尤其是沒(méi)有在復(fù)雜海況條件下生存并適用于氣象探測(cè)的海上自動(dòng)航行專用平臺(tái)及綜合觀測(cè)技術(shù)。要盡快改變這種狀況，需要發(fā)展海上自動(dòng)部署及在任何海況條件下生存并實(shí)用的海洋氣象環(huán)境原位探測(cè)技術(shù)，研制科研與業(yè)務(wù)共用新型海上氣象水文觀測(cè)平臺(tái)。
2016年5月，中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所無(wú)人艇研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功研制了一款基于自控駕駛的半潛式海洋氣象觀測(cè)專用無(wú)人艇。該艇為半潛式結(jié)構(gòu)，艇身大部分處于水線之下，只有設(shè)備倉(cāng)位于水面以上，大大降低了海浪對(duì)艇體的影響，使無(wú)人艇航行非常穩(wěn)定；同時(shí)無(wú)人艇的重心遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其浮心，使無(wú)人艇具備自扶正功能，大大提高了其在惡劣海況下的生存能力。
2016年5月至2017年11月半潛式海洋氣象觀測(cè)無(wú)人艇在淮河和渤海開(kāi)展了一系列河試和海試，測(cè)試了半潛式海洋氣象觀測(cè)無(wú)人艇的功能、技術(shù)成熟性和業(yè)務(wù)化可行性，并首次在無(wú)人船上發(fā)射了探空火箭；獲得了實(shí)時(shí)的海上氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)、海表溫度和海上邊界層內(nèi)的溫度、濕度、氣壓以及風(fēng)速和風(fēng)向垂直廓線。系列河上和海上試驗(yàn)成功表明這種半潛式艇體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合自動(dòng)航行控制、實(shí)時(shí)衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊、氣象水文自動(dòng)觀測(cè)和探空火箭發(fā)射等技術(shù)相結(jié)合，使得該艇能夠遠(yuǎn)距離、長(zhǎng)航時(shí)及在復(fù)雜海況條件下工作，能夠開(kāi)展連續(xù)、實(shí)時(shí)的海面氣象觀測(cè)，能夠?qū)χ邢聦?duì)流層進(jìn)行氣象探空探測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和指令傳輸以及工作狀態(tài)監(jiān)控；可實(shí)現(xiàn)海洋尤其是遠(yuǎn)海氣象與水文多要素的定點(diǎn)或走航式探測(cè)，作為海上自主部署與回收的流動(dòng)自動(dòng)氣象站和探空站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海上大風(fēng)、大霧和雷暴等天氣，同時(shí)監(jiān)測(cè)海溫海鹽和海流等參數(shù)，為海洋氣象水文業(yè)務(wù)和科研提供資料。這些海洋氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)可以促進(jìn)海-氣相互作用、海氣界面感熱和潛熱通量的估算、海洋邊界層模擬和海洋衛(wèi)星產(chǎn)品驗(yàn)證等的研究。
該研究成果被選為《大氣科學(xué)進(jìn)展》2019年第四期封面文章。
半潛式海洋氣象觀測(cè)無(wú)人艇海上試驗(yàn)
期刊封面
2017年6月13日半潛式海洋氣象探測(cè)無(wú)人船實(shí)時(shí)獲取的海上溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向以及海表溫度的觀測(cè)數(shù)據(jù)。紅色三角代表探空火箭發(fā)射的時(shí)間。
2017年6月13日，首次無(wú)人艇發(fā)射探空火箭獲得的海上大氣低層的溫度、濕度、位溫、風(fēng)速和風(fēng)向的高垂直分辨率廓線（垂直分辨率約為5米）。黑色虛線代表海上邊界層頂。
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所
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