海洋機器人和無人機在大型颶風(fēng)中打破紀(jì)錄，研究人員推進預(yù)測模型

025 年颶風(fēng)季以科學(xué)家觀測到的最強大西洋颶風(fēng)之一而聞名，美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 利用無人空中和海洋觀測系統(tǒng)進行的測量打破了多項紀(jì)錄。NOAA 海洋與大氣研究辦公室 (OAR) 還改進了實驗性預(yù)測模型和風(fēng)暴潮工具，這將有助于提高未來的預(yù)測和預(yù)警能力，從而挽救生命并減少經(jīng)濟損失。

圖表顯示了 2025 年颶風(fēng)季期間為收集風(fēng)暴數(shù)據(jù)以改進預(yù)測而進行的颶風(fēng)獵人飛行次數(shù)、投放的探空儀數(shù)量以及部署的無人飛機和水上航行器數(shù)量。（圖片來源：NOAA 大西洋海洋與氣象實驗室）

來自美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）大西洋海洋氣象實驗室（AOML）和太平洋環(huán)境研究實驗室的研究人員與英國海洋機器人公司Oshen以及南密西西比大學(xué)合作，率先研發(fā)出一種新型數(shù)據(jù)采集海洋機器人。該成功攔截了颶風(fēng)“亨伯托”，成為首個從五級颶風(fēng)內(nèi)部采集并傳輸數(shù)據(jù)的無人水面航行器。

這些名為“C-Stars”的微型海洋機器人為NOAA國家颶風(fēng)中心（NHC）提供了關(guān)于“亨伯托”颶風(fēng)內(nèi)部低氣壓的關(guān)鍵信息，并在官方預(yù)報討論中予以公布。科學(xué)家們部署了八艘這種輕便的、長約1.2米的無人帆船，它們配備了太陽能傳感器，用于收集風(fēng)速和風(fēng)向、海面溫度、氣溫、氣壓和相對濕度等數(shù)據(jù)。

“我們收獲頗豐，并證明這些系統(tǒng)極具價值且經(jīng)濟高效，可以快速部署，”海洋與航空運行辦公室（AOML）海洋學(xué)家兼聯(lián)合首席研究員格雷格·福爾茨（Greg Foltz）表示，“我們將以此為基礎(chǔ)繼續(xù)發(fā)展。”

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究人員、飛行員和工程師乘坐NOAA颶風(fēng)獵人飛機測試輕型氣象傳感器Skyfora，該傳感器從飛機上投放至大氣層。圖片來源：NOAA

在空中破紀(jì)錄

本季也使NOAA得以繼續(xù)探索從空中觀測風(fēng)暴內(nèi)部的新方法。海洋與航空運行辦公室（OAR AOML）與NOAA海洋與航空運行辦公室的飛行員、工程師和其他機組人員合作，在2025年颶風(fēng)季的五個颶風(fēng)中，成功地從NOAA颶風(fēng)獵人飛機上投放了17架“黑雨燕”（Black Swift）無人飛行器。由黑雨燕科技公司（Black Swift Technologies）開發(fā)的這些無人飛行器在颶風(fēng)梅麗莎期間低空飛行了120分鐘，創(chuàng)下了新的紀(jì)錄。另一架黑雨燕無人飛行器還拍攝了颶風(fēng)梅麗莎內(nèi)部的視頻。

“隨著我們每年部署次數(shù)的增加，我們離將這些工具應(yīng)用于日常作業(yè)的目標(biāo)越來越近了，”美國氣象局海洋實驗室（AOML）颶風(fēng)研究部首席氣象學(xué)家喬·西奧內(nèi)（Joe Cione）說道。黑雨燕是一款重2.75磅、翼展54.6英寸的飛行器。今年，西奧內(nèi)和他的團隊開發(fā)了一種新的黑雨燕飛行機動技術(shù)，使其能夠幾乎原地停留在特定目標(biāo)區(qū)域進行測量。

另一項測量紀(jì)錄也被打破：AOML的科學(xué)家們在分析颶風(fēng)梅麗莎的投落式探空儀數(shù)據(jù)時，發(fā)現(xiàn)美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）颶風(fēng)獵人飛機投放的一個探空儀記錄到的風(fēng)速高達252英里/小時，打破了投落式探空儀記錄到的最強風(fēng)速紀(jì)錄。梅麗莎是2025年颶風(fēng)季最強的颶風(fēng)。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）提供了一系列海洋傳感器的數(shù)據(jù)。

在颶風(fēng)艾琳期間，NOAA的Argo浮標(biāo)和漂流器提供了有關(guān)風(fēng)暴的深入信息。Argo浮標(biāo)傳輸了風(fēng)暴前后的海洋狀況數(shù)據(jù)。NOAA資助的13個漂流器被部署到位，用于收集和傳輸風(fēng)暴的實時數(shù)據(jù)。在颶風(fēng)加布里埃爾和梅麗莎期間，NOAA協(xié)調(diào)部署了漂流器和投落式探空儀，使其靠近現(xiàn)有的海洋滑翔機航線，這是由NOAA全球海洋監(jiān)測和觀測計劃領(lǐng)導(dǎo)的“協(xié)調(diào)颶風(fēng)大氣-海洋采樣實驗”的一部分。

將海洋和大氣不同高度的傳感器在同一區(qū)域采集的觀測數(shù)據(jù)匯集起來，可以為研究人員提供詳細(xì)信息，從而更好地驗證觀測系統(tǒng)、改進預(yù)測模型并提高颶風(fēng)預(yù)測的準(zhǔn)確性。

本季，AOML及其合作伙伴在加勒比海和北大西洋部署了五架水下滑翔機。這些無人水下滑翔機收集并向全球電信中心傳輸海洋溫度和鹽度數(shù)據(jù)，供NOAA和世界各地其他預(yù)測模型使用。颶風(fēng)艾琳經(jīng)過了NOAA及其合作伙伴的三架水下滑翔機，觀測到了強烈的降溫現(xiàn)象，這一現(xiàn)象已被NHC記錄在案。冷卻可能是颶風(fēng)減弱的信號。

美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 的海洋滑翔機抵達海面，實時傳輸海洋溫度和鹽度數(shù)據(jù)。（圖片來源：NOAA）

測試新的颶風(fēng)預(yù)測工具和預(yù)報模型

本颶風(fēng)季，美國國家颶風(fēng)中心 (NHC) 測試了由 NOAA 全球系統(tǒng)實驗室開發(fā)的災(zāi)害服務(wù)預(yù)警系統(tǒng) (HAFS) 的一項新應(yīng)用，該系統(tǒng)有望改進風(fēng)暴潮預(yù)警和警報的發(fā)布方式。測試是部署新系統(tǒng)的重要步驟。

美國國家海洋和大氣管理局海洋實驗室 (AOML) 測試了颶風(fēng)分析和預(yù)報系統(tǒng) (HAFS) 的幾種下一代配置。這項工作的重點是升級 HAFS 的新型多風(fēng)暴版本，該版本可以同時模擬多個風(fēng)暴。對 HAFS 實驗?zāi)Ｐ偷臏y試也表明，該模型能夠?qū)㈩A(yù)報時間從五天延長至七天。

在颶風(fēng)季期間，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）地球物理流體動力學(xué)實驗室（GFDL）的科學(xué)家們利用GFDL的高分辨率地球系統(tǒng)研究無縫預(yù)測系統(tǒng)（SPEAR）進行了實時季節(jié)性颶風(fēng)預(yù)測，并將這些預(yù)測結(jié)果分享給了美國國家氣象局（NWS）的氣候預(yù)測中心和國家颶風(fēng)中心（NHC）。這些季節(jié)性預(yù)測直接支持了NWS官方發(fā)布的5月和8月颶風(fēng)展望。《氣候雜志》（Journal of Climate）今年發(fā)表的一項評估表明，SPEAR在多個海洋盆地都能提供精準(zhǔn)的季節(jié)性預(yù)測，其性能與前幾代模型相當(dāng)甚至更優(yōu)。

來源：中加海洋