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瞄准空基观测技术前沿 打造国家应急机动观测新平台

发布时间:2022年06月22日 来源:中国气象报社

前不久,中国气象局气象探测中心(以下简称“气象探测中心”)联合国内大型浮空平台生产企业,共同开展了无动力浮空平台全球观测试验。该项试验历时28天,完成了绕地球飞行一圈的任务,共获取5000余条经纬度、海拔、温度等数据信息。

中国气象局气象探测中心工程师 刘振宇表示,目前,试验数据已提交中国气象局并共享到地球系统数值预报中心进行同化应用。

为什么开展平流层观测试验?

平流层是指从对流层顶到约50千米高度的大气层(不同纬度平流层高度不同),该区域尘埃少、大气透明度高、水汽含量少,离地面较远没有复杂的下垫面效应影响。因此,平流层相关科研及成果应用到通信、天气预报、环境监测等领域具有显著优势,成为各国激烈争夺的制高点。

随着平流层飞行器的迅猛发展,飞行器驻留、路线的规划与飞行过程中姿态、位置和区域环境息息相关,因此,各国对平流层大气环境探测和预报的需求也不断增加。

然而,目前对平流层大气的探测手段稀缺,卫星和探空等手段存在时间和空间分辨率不足,难以满足预报和服务的需求。

因此,瞄准世界前沿的空基机动观测技术,根据中国气象局“全球观测”的发展战略部署,气象探测中心垂直观测技术创新团队联合国内浮空平台企业和生产厂家,组成综合观测试验团队开展相关试验。

大型浮空平台探测效果如何?

大型浮空平台分为有动力和无动力,其内部充气量和携带载荷决定其飞行高度、时长和探测范围,可完成约20千米高度3个月以上的驻留飞行。

2021年,气象探测中心已经利用有动力浮空平台开展观测试验,初步建立了试验流程、观测方法等,为此次试验奠定了基础。

刘振宇介绍,此次试验的浮空平台属无动力平台,搭载了测温、卫星定位等设备,起飞后顺着风向在北纬18°—9°的平流层漂流。在漂流过程中,无动力浮空平台每小时可获取10余组数据,包括经纬度、海拔信息以及温度等。

此次试验验证了基于大型浮空平台长航时观测技术工程化的可行性,检验了基于大型浮空平台的载荷关键技术、试验流程、观测方法和通信链路稳定性,为空基观测业务机制、全球观测体系建立和国家应急机动观测体系建立提供了良好的基础。

大型浮空平台应用前景如何?

由于大型浮空平台具有长时间连续观测、观测区域可控等特点,在海上台风观测、陆地强对流、地形复杂区域等观测具有独特优势。

以台风观测为例,目前的卫星和雷达尚无法对其内部结构进行直接观测。大型浮空平台可对其进行跟踪,利用下投探空、掩星等设备对其形成、发展、登陆、消亡全生命周期进行探测,获取直接观测资料,改进传统的数值预报模式,提高台风路径和强度预报的准确率,筑牢防灾减灾第一道防线。

刘振宇补充,对于局地强对流、东北冷涡、西南涡以及无人区等直接观测,大型浮空平台可实现近距离抵现观测,弥补现有空基、天基观测时间和空间分辨率的不足。

此外,对于现有观测技术和手段难以到达的重点区域,建立以小型浮空平台为核心平台的全球观测系统,同时基于气象载荷获取约20千米高度的气象观测数据,可用于全球大气特征模型(约20千米高度)的真实性检验。

不过,大型浮空平台探测技术尚存在不足,如目前浮空平台的动力还不能完全实现抵风飞行,无法对指定区域开展定点悬浮观测,需要有较好的天气助力平台放飞等。此外,部分载荷的设计和算法还需进一步完善。

下一步,试验团队将开展平台搭载载荷的技术升级和新型空基平台载荷的技术研发和攻关,形成具有综合观测能力的空基平台,进一步提高我国空基机动观测能力。

(作者:简菊芳 责任编辑:张林)

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