CIMAS 氣象學(xué)家 Jun Zhang 和合作者能夠?qū)?Altius 無人機(jī)送入 4 級(jí)颶風(fēng)伊恩的風(fēng)眼墻。他們收集的信息可以幫助改進(jìn)颶風(fēng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)。
氣象學(xué)家張軍不會(huì)忘記他最近在一架颶風(fēng)獵手飛機(jī)上經(jīng)歷的極端湍流——數(shù)百萬人觀看。
但出于不同的原因，他可能會(huì)記得飛往伊恩颶風(fēng)的航班。
這是邁阿密大學(xué)海洋與大氣研究合作研究所(CIMAS)的颶風(fēng)科學(xué)家張第一次能夠部署一架最先進(jìn)的無人機(jī)飛入大風(fēng)暴的風(fēng)眼墻。
9 月 28 日星期三，當(dāng)張?jiān)跈C(jī)上時(shí)，這架小巧但功能強(qiáng)大的 Area-I Altius 600 從一架 WP-3D Orion Hurricane Hunter 飛機(jī)上釋放出來。它在伊恩強(qiáng)大的 4 類核心內(nèi)飛行了近兩個(gè)小時(shí)，這讓張和他的合作者能夠收集新的數(shù)據(jù)，這可能有助于他們解開主要颶風(fēng)的快速增強(qiáng)過程。
“Altius 能夠在 2,150 英尺的高度測(cè)量每小時(shí)約 216 英里的風(fēng)速，這是部署在颶風(fēng)中的小型無人駕駛飛機(jī)的記錄，”張說，他作為首席調(diào)查員部署了這架 27 磅重的無人機(jī)由美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 天氣計(jì)劃辦公室資助的一項(xiàng)研究。“它沿著眼墻飛行了很長時(shí)間，所以這是一個(gè)相當(dāng)大的成就。我擔(dān)心它可能不起作用；但這非常成功，希望它能幫助我們實(shí)時(shí)改進(jìn)颶風(fēng)預(yù)報(bào)。”
張是一個(gè)更大的小組的成員，該小組測(cè)試了許多不同的無人駕駛飛機(jī)系統(tǒng)，包括 Saildrones，以從颶風(fēng)中收集數(shù)據(jù)，這是由 NOAA 大西洋海洋氣象實(shí)驗(yàn)室 (AOML) 領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)工作。
但張很想知道 Altius 能告訴他颶風(fēng)是如何加強(qiáng)的。他的研究團(tuán)隊(duì)——包括 AOML ??的新技術(shù)首席氣象學(xué)家 Joe Cione 和 Rosenstiel 海洋、大氣和地球科學(xué)學(xué)院的校友、安柏瑞德航空大學(xué)應(yīng)用航空科學(xué)助理教授 Josh Wadler——測(cè)試了一個(gè)在過去的兩年中，各種不同的無人機(jī)。當(dāng)颶風(fēng)伊恩在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)從風(fēng)速為 120 英里/小時(shí)的風(fēng)暴轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)速為 155 英里/小時(shí)的風(fēng)暴時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)了機(jī)會(huì)之窗。
“我們幾乎在颶風(fēng)菲奧娜中嘗試過，但后來我們認(rèn)為我們錯(cuò)過了機(jī)會(huì)，直到伊恩出現(xiàn)并變成了一場(chǎng)大風(fēng)暴，”張說，他在伊恩登陸佛羅里達(dá)州李縣的同一天部署了 Altius。
NOAA 的颶風(fēng)獵手飛機(jī)包含數(shù)十個(gè)傳感器來收集有關(guān)風(fēng)暴的數(shù)據(jù)，機(jī)上的科學(xué)家和氣象學(xué)家通常會(huì)從飛機(jī)的腹部釋放下落式探空儀（通過降落傘降落到海洋中的無線電發(fā)射器），以測(cè)量風(fēng)速、壓力、溫度和濕度指導(dǎo)預(yù)測(cè)。但由于安全限制，飛機(jī)不能停留在低層眼墻內(nèi)并移動(dòng)到其中的不同高度。據(jù)張說，這就是 Altius 的優(yōu)勢(shì)。他指出，能夠到達(dá)海洋表面以上 500 英尺，但仍留在風(fēng)暴的風(fēng)眼墻區(qū)域，可以提供重要信息來闡明颶風(fēng)強(qiáng)度。
“這架無人機(jī)可以收集有關(guān)水面附近濕度和熱量波動(dòng)的數(shù)據(jù)，這很關(guān)鍵，因?yàn)槟抢锸秋Z風(fēng)產(chǎn)生能量的地方。沒有人能夠在颶風(fēng)眼墻中進(jìn)行這種類型的數(shù)據(jù)收集，”作為 NOAA颶風(fēng)實(shí)地計(jì)劃的一部分，在過去 14 年中，他飛入了 40 場(chǎng)不同的颶風(fēng)。“為了了解強(qiáng)度變化，你必須測(cè)量低水平的能量波動(dòng)，我們希望我們可以使用 Altius 做到這一點(diǎn)，”他補(bǔ)充道。
羅森斯蒂爾學(xué)院大氣科學(xué)教授兼 CIMAS 主任 Ben Kirtman 說：“近年來，颶風(fēng)的迅速加劇越來越多，這是颶風(fēng)研究人員想要更好地了解的情況。” 柯特曼和其他氣象學(xué)家開發(fā)了一種稱為北美多模式集合 (NMME) 的工具，該工具提供包含氣候變化的月度至季節(jié)性全球預(yù)報(bào)。NOAA 和美國空軍使用 NMME 預(yù)測(cè)進(jìn)行規(guī)劃。
“在過去的 5 到 10 年里，我們?cè)陲L(fēng)暴軌跡方面取得了很大進(jìn)展和改進(jìn)，但颶風(fēng)增強(qiáng)過程對(duì)氣象學(xué)家來說是一場(chǎng)巨大的斗爭(zhēng)，我們?cè)诟倪M(jìn)增強(qiáng)預(yù)報(bào)方面做得并不好，”柯特曼說。“但如果你沒有數(shù)據(jù)，就很難弄清楚如何預(yù)測(cè)和模擬強(qiáng)化，所以這是我們第一次在通常無法獲得的地方獲得非常好的數(shù)據(jù)。就我們?nèi)绾伪硎撅Z風(fēng)強(qiáng)度而言，這些信息可能會(huì)發(fā)生翻天覆地的變化。”
作為 Rosenstiel School 的校友，張先生于 2007 年獲得應(yīng)用海洋物理學(xué)博士學(xué)位，并立即加入 CIMAS。他開始在 AOML ??颶風(fēng)研究部擔(dān)任博士后研究員；然后在 2009 年，張躍升為 CIMAS 颶風(fēng)科學(xué)家。他繼續(xù)與 AOML ??的科學(xué)家密切合作，并且是參與 NOAA 2022 年颶風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)劃的七名 CIMAS 科學(xué)家之一。僅颶風(fēng)伊恩，張就執(zhí)行了六次任務(wù)。
作為研究的一部分，這位科學(xué)家使用來自颶風(fēng)獵人飛機(jī)的數(shù)據(jù)來幫助建立數(shù)學(xué)模型，從而更準(zhǔn)確地確定颶風(fēng)強(qiáng)度。從 2012 年到 2017 年，他參與了一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目結(jié)合了載人颶風(fēng)獵人飛機(jī)的數(shù)據(jù)，以改進(jìn)颶風(fēng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)。這些信息幫助今天的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度提高了 10% 左右。對(duì)于這項(xiàng)工作，張說他獲得了美國氣象學(xué)會(huì)頒發(fā)的 2020 年 Banner I. Miller 獎(jiǎng)。
柯特曼說，他很高興張是 CIMAS 和大學(xué)社區(qū)的一員，因?yàn)樗难芯靠赡軙?huì)幫助任何人了解未來風(fēng)暴的路徑。
“這些信息最終將用于改進(jìn) NOAA 的運(yùn)行模型和運(yùn)行預(yù)測(cè)，這太棒了，”Kirtman 說。“每個(gè)科學(xué)家都希望能夠說他們正在做的科學(xué)正在改善人們的生活，我認(rèn)為 Jun 覺得他正處于通過更好地預(yù)測(cè)颶風(fēng)強(qiáng)度來改善人們生活的事情的風(fēng)口浪尖是很合理的。”
?