科普 | 无人机还能这样“玩”

来源：中国测绘学会

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台风的威力之巨大，

相信很多人都亲眼见识过。

但你知道台风的内部是什么样吗？

你知道无人机也可以探测台风内部吗？

1954年7月27日，美国空军中校约瑟夫·达克沃思驾驶一架单引擎螺旋桨教练机从得克萨斯州的空军基地起飞，进入（墨西哥湾）飓风眼区，此举开创了美国空军飞机观测飓风之先河。

因为载人飞机穿越台风的观测成本太高、风险太大，可能造成人员伤亡（特别是低空飞行时），因此成本低、效费比高及昼夜可用的无人机替代载人飞机执行高风险作业任务，成为当今国际航天领域的一个重要发展方向。

2008年7月18日10时17分，这架CN-1型无人机从北纬27.77°、东经120.69°位置出发，向第7号台风“海鸥”的中心方向进发。

这是一张CN-1型无人机向台风进发的路径图。黄色为台风中心眼，红色为飞行轨迹。

全机长度为1.75米、重量为12千克、最大作业高度5千米、最大续航时间超过7小时。

这是中国大陆首次利用无人机对台风中心进行探测。

飞机到达指定高度后，基本维持在300米和500米左右，距台风中心最近距离为108.4千米，且大部分时间在台风云系下的降水区中飞行。无人机对“海鸥”进行了近4小时的飞行探测，巡航距离为115公里，经历了降水区、逆风区、强对流区等较为恶劣的飞行环境后，于13时54分安全着陆。

该无人机配备了机载探空仪，成功获取了探测时段内台风中心的温度、气压、相对湿度、风向和风速等基本气象要素数据。

事实上，随着卫星和数值预报技术的发展，近年来台风路径预报得到明显改进。然而，台风强度预报进展缓慢，对台风带来的狂风和暴雨进行客观预报仍不具有明显的业务能力。而台风强度变化和风雨分布主要受台风环流内的中尺度对流等结构特征变化的影响，因此对台风内部结构特征的描述尤为重要。

但气象卫星等观测手段还无法对气旋内部的气象要素进行直接测量，既不能确定风暴中心气压，也不能给出精确的风速信息，而这些信息对准确预报风暴的发展和运动又非常重要。

无人机能直抵风暴外围的螺旋云带，甚至风暴中心，并在不同高度层开展最直接的“现场”观测。与卫星大范围的遥测相比，无人机观测范围虽小，但从业务角度来讲，其获取的观测资料对于提升台风预报能力具有重要作用。

此外，无人机探测作为卫星、雷达和气象业务观测网的重要补充，若能与近年来发展较快的近海浮标、梯度观测塔及车载追风观测等仪器协同使用，将在台风观测研究和数值模式发展及防灾减灾中发挥更大的作用。

当然，无人机并不是万能的，与载人飞机一样，其飞行也会受到天气条件的限制。

例如，暴雨、雷电等天气对无人机的通信（包括控制无人机飞行的信号、无人机探测信息的传输等）会产生一定影响；大风和冰雹会影响小型无人机的飞行稳定性；雾霾对密封不好的无人机电路也可能造成影响。

当然，随着技术的进步，无人机能适飞的天气条件会越来越多，将来可能会具备全天候飞行的能力。

快速、灵活是无人机的作业特点。

无人机可应用于海洋台风探测、高原、无人区强对流天气观测，台风探测，人工影响天气以及边界层（气溶胶、大气垂直廓线）探测，灾害监测、调查及生态监测等领域。

台风

目前，我国台风观测以卫星为主，严重缺乏空基和海基的精细化观测。此外，我国海洋观测系统建设处于初级阶段，远海观测极度缺乏，洋面海气交换观测资料稀缺，限制了对台风发生发展及能量交换的认知。

高原

青藏高原处于我国天气系统上游，其天气气候变化影响着我国乃至世界的天气和气候。然而，在青藏高原尤其是无人区建站和维护极为困难，因此需要无人机等新型空基观测平台来弥补观测的不足。

人影

无人机可为云中作业播撒提供平台，提高播撒的科学性和播撒效果。例如，新疆维吾尔自治区人影办与西安爱生技术集团合作，采用爱生ASN-209无人机系统平台搭载中天火箭机载播撒系统，直接进入云层中进行播撒作业，此为国内首次在人工增雨领域实现无人机应用。

此外，气象部门还利用无人机对森林火灾、洪涝、湖泊蓝藻、土地利用、土壤沙化、草原生态等进行监测。

来源：中国气象

作者：吴鹏、简菊芳、张雪芬

图片：中国气象局气象探测中心、网络