海洋机器人和无人机在大型飓风中打破纪录研究人员推进预测模型
025 年飓风季以科学家观测到的最强大西洋飓风之一而闻名,美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 利用无人空中和海洋观测系统进行的测量打破了多项纪录。NOAA 海洋与大气研究办公室 (OAR) 还改进了实验性预测模型和风暴潮工具,这将有助于提高未来的预测和预警能力,从而挽救生命并减少经济损失。
图表显示了 2025 年飓风季期间为收集风暴数据以改进预测而进行的飓风猎人飞行次数、投放的探空仪数量以及部署的无人飞机和水上航行器数量。(图片来源:NOAA 大西洋海洋与气象实验室)
来自美国国家海洋和大气管理局(NOAA)大西洋海洋气象实验室(AOML)和太平洋环境研究实验室的研究人员与英国海洋机器人公司Oshen以及南密西西比大学合作,率先研发出一种新型数据采集海洋机器人。该成功拦截了飓风“亨伯托”,成为首个从五级飓风内部采集并传输数据的无人水面航行器。
这些名为“C-Stars”的微型海洋机器人为NOAA国家飓风中心(NHC)提供了关于“亨伯托”飓风内部低气压的关键信息,并在官方预报讨论中予以公布。科学家们部署了八艘这种轻便的、长约1.2米的无人帆船,它们配备了太阳能传感器,用于收集风速和风向、海面温度、气温、气压和相对湿度等数据。
“我们收获颇丰,并证明这些系统极具价值且经济高效,可以快速部署,”海洋与航空运行办公室(AOML)海洋学家兼联合首席研究员格雷格·福尔茨(Greg Foltz)表示,“我们将以此为基础继续发展。”
美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的研究人员、飞行员和工程师乘坐NOAA飓风猎人飞机测试轻型气象传感器Skyfora,该传感器从飞机上投放至大气层。图片来源:NOAA
本季也使NOAA得以继续探索从空中观测风暴内部的新方法。海洋与航空运行办公室(OAR AOML)与NOAA海洋与航空运行办公室的飞行员、工程师和其他机组人员合作,在2025年飓风季的五个飓风中,成功地从NOAA飓风猎人飞机上投放了17架“黑雨燕”(Black Swift)无人飞行器。由黑雨燕科技公司(Black Swift Technologies)开发的这些无人飞行器在飓风梅丽莎期间低空飞行了120分钟,创下了新的纪录。另一架黑雨燕无人飞行器还拍摄了飓风梅丽莎内部的视频。
“随着我们每年部署次数的增加,我们离将这些工具应用于日常作业的目标越来越近了,”美国气象局海洋实验室(AOML)飓风研究部首席气象学家乔·西奥内(Joe Cione)说道。黑雨燕是一款重2.75磅、翼展54.6英寸的飞行器。今年,西奥内和他的团队开发了一种新的黑南宫官方网站雨燕飞行机动技术,使其能够几乎原地停留在特定目标区域进行测量。
另一项测量纪录也被打破:AOML的科学家们在分析飓风梅丽莎的投落式探空仪数据时,发现美国国家海洋和大气管理局(NOAA)飓风猎人飞机投放的一个探空仪记录到的风速高达252英里/小时,打破了投落式探空仪记录到的最强风速纪录。梅丽莎是2025年飓风季最强的飓风。
在飓风艾琳期间,NOAA的Argo浮标和漂流器提供了有关风暴的深入信息。Argo浮标传输了风暴前后的海洋状况数据。NOAA资助的13个漂流器被部署到位,用于收集和传输风暴的实时数据。在飓风加布里埃尔和梅丽莎期间,NOAA协调部署了漂流器和投落式探空仪,使其靠近现有的海洋滑翔机航线,这是由NOAA全球海洋监测和观测计划领导的“协调飓风大气-海洋采样实验”的一部分。
将海洋和大气不同高度的传感器在同一区域采集的观测数据汇集起来,可以为研究人员提供详细信息,从而更好地验证观测系统、改进预测模型并提高飓风预测的准确性。
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机。这些无人水下滑翔机收集并向全球电信中心传输海洋温度和盐度数据,供NOAA和世界各地其他预测模型使用。飓风艾琳经过了NOAA及其合作伙伴的三架水下滑翔机,观测到了强烈的降温现象,这一现象已被NHC记录在案。冷却可能是飓风减弱的信号。
美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 的海洋滑翔机抵达海面,实时传输海洋温度和盐度数据。(图片来源:NOAA)
本飓风季,美国国家飓风中心 (NHC) 测试了由 NOAA 全球系统实验室开发的灾害服务预警系统 (HAFS) 的一项新应用,该系统有望改进风暴潮预警和警报的发布方式。测试是部署新系统的重要步骤。
美国国家海洋和大气管理局海洋实验室 (AOML) 测试了飓风分析和预报系统 (HAFS) 的几种下一代配置。这项工作的重点是升级 HAFS 的新型多风暴版本,该版本可以同时模拟多个风暴。对 HAFS 实验模型的测试也表明,该模型能够将预报时间从五天延长至七天。
在飓风季期间,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)地球物理流体动力学实验室(GFDL)的科学家们利用GFDL的高分辨率地球系统研究无缝预测系统(SPEAR)进行了实时季节性飓风预测,并将这些预测结果分享给了美国国家气象局(NWS)的气候预测中心和国家飓风中心(NHC)。这些季节性预测直接支持了NWS官方发布的5月和8月飓风展望。《气候杂志》(Journal of Climate)今年发表的一项评估表明,SPEAR在多个海洋盆地都能提供精准的季节性预测,其性能与前几代模型相当甚至更优。

