受访专家：中国气象局气象探测中心副总工 张雪芬、中央气象台台风与海洋气象预报中心主任 钱传海、中国气象局综合观测司站网管理处副调研员 杨晓武、航空工业成飞翼龙10副总设计师 张志坚
中国气象报记者 简菊芳 王亮
无人机探测台风，优势在哪儿？
近年来，我国台风路径预报误差改进明显，但是，台风的精细监测预报预警能力仍然无法满足防台风减灾的实际需求。这不仅是我国面临的困难，全球所有受到台风（热带气旋）影响的国家和地区都如此。
钱传海表示，特别是弱台风的准确定位、近海台风的快速增强、登陆台风的精细降水和大风预报、多台风相互作用造成的异常路径等一直是台风业务中面临的巨大挑战。台风在海上生成，海上观测资料稀疏，甚至是观测盲区，现有天基观测手段无法对台风进行精细的“直接”探测，预报员有时无法准确知道台风中心到底在哪里，数值模式也无法准确描述台风涡旋结构，从而造成预报误差偏大。
海上观测资料极其珍贵。上世纪50年代初，美国开展了带有准业务性质的台风/飓风飞机观测。研究结果表明，增加飞机观测后，台风路径预报误差减少10%-30%，强度预报误差降低20%-40%。在尝到飞机直接观测的甜头后，美国不断改进、升级观测仪器，近年来已尝试开展无人机探测飓风业务。
国际多种数值模式结果证明，飞机下投探空能明显改进台风预报。实际上，早期模式中刻画台风结构也有飞机观测的贡献。
飞机观测是岸基观测的延伸，是对台风直接观测的最有效手段。张雪芬表示，搭载下投探空系统、云雷达等机载设备的高空无人机，可获取台风内部精细结构特征和垂直结构信息，帮助预报员更准确分析台风位置、强度及结构等信息。
在钱传海看来，预报员利用台风直接探测资料开展台风位置、结构和强度分析，只是资料应用的一部分。更为重要的，这些珍贵的观测资料应用于数值预报模式，从而提高台风路径、强度和风雨预报精准度。
因此，利用大型无人机对台风开展直接观测，是破解台风强度预报难题、提高路径预报准确率的重要手段。
无人机探测台风，需要做哪些工作？
利用无人机平台开展台风探测试验，这是一个全新的课题，国内没有可以参考和借鉴的范例；这也是一个庞大而系统的工程。
2018年，中国气象局启动了无人机气象观测布局设计及科研试验工作。由中国气象局气象探测中心（以下简称探测中心）联合航空工业集团、国家气象中心、海南省气象局、中国气象科学研究院、国家卫星气象中心等12个单位和企业开展大型观测试验。
在飞机选型上，探测中心对国内各大型无人机生产企业进行了广泛调研，最终与实力雄厚的成飞公司签订了战略合作协议，选用翼龙-10无人机。
当时，国际上下投探空系统基本为芬兰所垄断，价格高昂。“联合国内企业研制，搞自主知识产权的下投探空系统。”项目负责人张雪芬当机立断，不仅如此，探测中心还协调飞机平台和载荷设计单位，结合翼龙-10无人机研制了与之匹配的特有的载荷挂装技术。
在载荷研发方面，探测中心组织完成了下投探空系统挂接的标准化设计与研发、载荷综合管理控制系统、航电系统的改造，无数次对载荷安全性气动特性仿真、数字投放安全仿真、风洞投放安全试验。
张志坚说，尽管飞机本身是成熟的，但是，加挂气象载荷开展海洋高空探测还属于国内先例。为适应气象探测需求，试验组研制了专用的探空吊舱，以实现安全可靠投放探空仪，并对无人机加挂载荷进行适应性改造和大量安全测试，涉及载荷的标准化挂装及操控系统改进、多载荷通信及集成技术改进、飞机控制系统及与气象保障系统的连接改进等。
如何让飞机安全飞进探测目标区域，载荷发挥最大效益？在这些问题上，试验组组织了台风预报、飞机研发设计、探测载荷研制等多个领域专家，召开了几十次的论证会，对机载毫米波雷达、探空仪等载荷进行了地面和空中各种环境下的安全仿真试验，并用“莫拉克”台风资料进行了仿真试验。
“这是一个系统工程，需要各个单位协作起来。除了飞机、载荷等环节以外，机场的保障、试验天气保障等，都很重要。”张雪芬总结。
建设海洋强国，无人机能做什么？
我国有1.8万公里大陆海岸线和300万平方公里管辖海域。
服务国家海洋强国战略、做好海洋防灾减灾是气象部门的重要使命和任务。杨晓武介绍，长期以来，中国气象局高度重视海洋气象观测工作，对标“监测精密、预报精准、服务精细”，通过一系列重大工程项目，构建岸基、海基、空基、天基一体化的海洋气象综合观测系统和相应的配套保障体系。
2016年，《海洋气象发展规划（2016-2025年）》出台，明确了发展海洋空基气象观测、推进台风探测的任务。2018年，高空无人机下投探空试验工作启动。在海洋气象规划和海洋气象保障工程中，加快以高性能大型无人机为主体的空基观测体系建设成为开启迈向海洋气象强国的征程。
此外，经过海洋气象保障一期工程建设，截至今年6月，我国海洋浮标、平台站点超过60个，涉及辽宁、天津、山东、上海、浙江、广东、广西、海南等8个省（自治区、直辖市）。
据探测中心主任李良序研究员介绍，开展高空无人机海洋综合探测，通过试验建立大型无人机台风探测业务系统，打通观测到业务应用环节，为实现“监测精密、预报精准、服务精细”奠定基础，对于我国建设海洋强国、海洋战略发展具有重大战略意义，为全球气象服务提供全新精准的技术手段。
根据规划部署，中国气象局还将在东海等海域初步形成下投探空和机载遥感探测能力，定期、定点获取三维大气观测资料和洋面气象资料。将持续推进后续大型无人机海洋气象观测试验，完善飞机选型、载荷研发、地面气象保障系统等环节，进一步检验装备性能，实现制度完善、流程优化、调度科学，为大型无人机海洋气象观测纳入业务化做好支撑。
联合国亚太经社会/世界气象组织台风委员会秘书长喻纪新表示，未来，希望中国可以利用项目开展无人机台风探测的业务化实践，为提高台风预报精度和防灾减灾作出中国贡献，这将是很有意义的工作。
