地球科学动态监测快报

2019年第23期

无人机观测成为飓风观测的新领域

20191114日,由美国国家海洋与大气管理局(NOAA)和美国国家大气研究中心(NCAR)领导的一项研究表明,利用从NOAA飓风追踪飞机上部署的小型无人飞机系统(sUAS),可以收集飓风中独特的近地表观测资料。这种观测可以改善飓风预报模型的性能,这是大气观测的新领域。

风暴眼墙附近海表上方的风通常非常强烈,会将温暖的海水中的能量和水分提升到大气中,在影响飓风的强度和路径方面起着至关重要的作用。但是该区域过于危险,科研飞机无法飞过。现在,一种新型的一次性无人机将满足科学家观测风暴风场详细信息的需求。

2017年飓风“玛丽亚”(Maria)和2018年飓风“迈克尔”(Michael)中,科学家利用名为郊狼Coyote)的无人机,收集了7次飞行的独特数据。该小型无人飞行系统使用NOAAP-3侦察机作为部署工具,在飓风眼墙的湍流边界层收集了高频观测数据(>1 Hz),包括风速、风向、气压、温度、湿度和海表温度等,这对于进一步了解飓风结构和飓风增强过程具有重要意义。无人机系统可以在低至距水面150 m的大气条件和高达87m/s的风速中进行观测。此次研究最值得瞩目的结果是首次在飓风眼墙的中低层(<150 m)观测湍流动能和动量通量。与NOAA P-3侦察机在先前飞行中对飓风眼墙高层的观测数据相比,该小型无人飞行系统收集的动量通量数据具有一致性,从而证明了其能够观测飓风边界层中重要湍流特性的能力。

这些观测将使科学家能够确定阵风的变化和波动程度,将对预测飓风活动及其登陆后造成的破坏具有重大影响。观测结果还有助于回答长期以来关于飓风与海表相互作用的问题。来自大涡模拟(LES)的分析可将无人机观测数据放入复杂的高风速眼墙区域环境中。热力学数据可用于对飓风天气预报模式(HWRF)的评估,结果显示该模式在近地层附近存在偏冷、偏干和热力学不稳定的偏差。初步的资料同化实验还显示了无人机观测数据可用于改进对风暴结构的分析。这些结果突显了无人机观测在飓风观测中的潜力

(刘燕飞 编译)