半潛式海洋氣象探測無人艇研究獲進展

　　我國海岸線漫長，沿海經濟發達，臨近大陸和島嶼的海域遼闊，蘊藏著豐富的資源。隨著海洋強國和“一帶一路”戰略的實施，海上交通運輸、漁業養殖、油氣開采、科學研究、旅游和軍事等活動日益頻繁。然而，我國沿海地區以及瀕臨海域的氣候多變，氣象條件和海陸環境復雜，經常發生臺風暴雨、大風、風暴潮、大霧和海上強對流天氣等海洋氣象災害。目前人們對這些海洋災害性天氣生消演變的科學認識還存在諸多不足，進而難以準確預報這些海洋災害性天氣，而海上尤其是外海氣象觀測資料的缺乏是主要原因。

　　海洋上的氣象觀測資料在發達國家和地區主要由衛星遙感、商船氣象報和非業務性飛機觀測提供，但比起陸地臺站網所提供的資料在質量和數量上都有極大差距，不能滿足科研和業務需要。這種狀況限制了臺風生成與發展機理、海-氣相互作用以及厄爾尼諾事件相關的氣候變化等研究的深入開展，極大地阻礙了海洋氣象和水文環境預報尤其是臺風天氣預報能力的提高。我國周邊廣闊海域上的氣象和水文觀測站點還非常少，近海布置的浮標也不多。商船只能提供不連續、分散的氣象海況報告，而海監飛機在惡劣天氣時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、時間連續的對流層廓線剖面探測。

　　目前我國在遠海氣象探測，尤其是海上垂直探空觀測方面，還缺乏有效而又經濟的技術手段。國內外還沒有長航時無人駕駛可進行探空的海上氣象觀測系統，尤其是沒有在復雜海況條件下生存并適用于氣象探測的海上自動航行專用平臺及綜合觀測技術。要盡快改變這種狀況，需要發展海上自動部署及在任何海況條件下生存并實用的海洋氣象環境原位探測技術，研制科研與業務共用新型海上氣象水文觀測平臺。

　　2016年5月，中國科學院大氣物理研究所無人艇研發團隊成功研制了一款基于自控駕駛的半潛式海洋氣象觀測專用無人艇。該艇為半潛式結構，艇身大部分處于水線之下，只有設備倉位于水面以上，大大降低了海浪對艇體的影響，使無人艇航行非常穩定；同時無人艇的重心遠遠低于其浮心，使無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無人艇在淮河和渤海開展了一系列河試和海試，測試了半潛式海洋氣象觀測無人艇的功能、技術成熟性和業務化可行性，并首次在無人船上發射了探空火箭；獲得了實時的海上氣象觀測數據、海表溫度和海上邊界層內的溫度、濕度、氣壓以及風速和風向垂直廓線。系列河上和海上試驗成功表明這種半潛式艇體結構設計結合自動航行控制、實時衛星數據通訊、氣象水文自動觀測和探空火箭發射等技術相結合，使得該艇能夠遠距離、長航時及在復雜海況條件下工作，能夠開展連續、實時的海面氣象觀測，能夠對中下對流層進行氣象探空探測、實時數據和指令傳輸以及工作狀態監控；可實現海洋尤其是遠海氣象與水文多要素的定點或走航式探測，作為海上自主部署與回收的流動自動氣象站和探空站實時監測海上大風、大霧和雷暴等天氣，同時監測海溫海鹽和海流等參數，為海洋氣象水文業務和科研提供資料。這些海洋氣象觀測數據可以促進海-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星產品驗證等的研究。

半潛式海洋氣象觀測無人艇海上試驗

期刊封面

2017年6月13日半潛式海洋氣象探測無人船實時獲取的海上溫度、濕度、氣壓、風速和風向以及海表溫度的觀測數據。紅色三角代表探空火箭發射的時間。

2017年6月13日，首次無人艇發射探空火箭獲得的海上大氣低層的溫度、濕度、位溫、風速和風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。