科科，你周末打算幹什麼呀？
我要去玩無人機~
哈~無人機好玩嗎？
可好玩了，我還要用無人機給台風做CT呢~
用“無人機”給“台風”做“CT”，這三個詞聽起來好像很不搭，但這一技術早在2020年就已實作了。
圖源：中國天氣
今天，我們就來講講用無人機探測台風的故事。
01
台風與台風監測
台風是一種破壞力極強的災害性天氣系統，對生命和财産都會造成嚴重損害。我國是受台風影響較為頻繁的國家，是以對台風進行檢測十分重要。
近年來，對台風追蹤觀察的相關科技在不斷發展。2002年，中國科技部社會公益研究專項“中國登陸台風觀測試驗”計劃，內建了自動氣象站觀測系統和大氣邊界層觀測系統，綜合運用了風廓線儀、多普勒雷達、探空儀、超聲風速儀、光學雨量計、鐵塔和移動觀測車等陸基和移動觀測裝置。
圖源：sohu.com
2018年，中國氣象局啟動了高空大型無人機海洋綜合氣象觀測試驗——“海燕計劃”。同時，我國氣象部門也正在組織開展利用衛星對台風進行觀測。比如，2019年8月，風雲四号A星大氣垂直探測儀對台風“利奇馬”進行了觀測，每30分鐘就可以完成一次目标區觀測。
2020年10月，在針對第16号台風“浪卡”的觀測中，綜合運用多款無人機、無人飛艇、機載雷射雷達、火箭彈、探空氣球、有人飛機、移動觀測車和衛星等平台，完成了不同層次的觀測。可以說，我國的台風觀測平台和技術得到了充分的發展。
02
如何更好地觀測台風？
下圖是台風監測的正常流程。
圖源：參考文獻【1】
如果我們能在台風剛“出生”的時候就對它進行監視，就可以知道它的“成長趨勢”，提前做好防備工作。但是台風是在海上生成的，海上的觀測站點少，分布也并不均勻。
是以，我們就要盡可能去接近台風，近距離觀測它。能夠觀測台風的手段包括飛機、船隻、探空氣球、無線電探空儀、衛星等。不過，這些探測手段，各有各的特長和不足。
開飛機、輪船接近台風估計是大部分人最先想到的，但是讓飛機輪船去與大風大浪搏鬥，這可讓駕駛員捏一把汗；探空氣球倒是不用人操作，可是探空氣球不好控制，也不一定就能飄到我們想要的地方；用衛星高大上了吧，可終歸是隔着千裡萬裡，台風的稠密雲雨會使衛星遙感信号産生強烈衰減，也就是用衛星不一定能看清晰。
那麼，看清台風哪家強？無線電探空儀來幫忙。
03
探空儀與CT
什麼是CT？CT就是用X射線束對人體某個部位一定厚度的層面進行掃描，形成每個層面的圖像，最終形成立體視圖。
探空儀也可以起到類似的作用。無線電探空儀，就像一台飛行的發報機，随時将探測到的、所在高度的氣象資料傳送到地面。
重量不到1公斤的探空儀，主要由感應元件、轉換裝置、發射機和電源四部分組成。感應元件用來感應大氣溫度、壓強、濕度要素的大小與變化；然後通過轉換裝置轉換成相應于探測量的無線電訊号；而發射機産生的約數十或數百兆赫的高頻無線電波，則能裝載着探測訊号向地面發送；電源提供了整個探空儀的能量來源，它占據了相當大的重量。
圖源：new.qq.com
上圖，科研人員正在準備釋放探空氣球攜帶着的上升式探空儀；下圖所示的是帶有降落傘的下投式探空儀。
别看叫“下投式”，它可是真的讓人很上頭。從台風的上空把探空儀投下，探空儀下落過程中，會記錄台風中心的溫度、氣壓、相對濕度、風向和風速等基本氣象要素資料，就像是給台風做了一次分層觀測的CT啦。
那麼，怎麼把探空儀安全快速地“送給”台風呢？這時無人機就要登場啦。
04
無人機與台風監測
該用什麼樣的無人機去進行台風監測呢？平常的家用無人機肯定是頂不住的，我們的翼龍10無人機申請出戰！
圖源：mp.weixin.qq.com
翼龍10是雙發噴氣推進高空無人機，為适應氣象探測需求，試驗組研制了專用的探空吊艙，以實作安全可靠投放探空儀，并對無人機加挂載荷進行适應性改造和大量安全測試。改裝涉及了載荷的标準化挂裝及操控系統改進、多載荷通信及內建技術改進、飛機控制系統及與氣象保障系統的連接配接改進等。簡單來說，就是經過改裝後，可以在飛機機翼下挂載了兩個探測儀器艙，儀器艙内安裝了大量的探空儀。
特制的探空艙
飛機抵達預定位置和高度後，儀器艙将自動扔出探空儀。探空儀從高空墜落到海面的整個過程中，不斷測量經度緯度、高度、溫度、濕度、氣壓、風速、風向等資料，配合飛機上安裝的毫米波雷達，将資料傳送回地面資訊進行中心。
利用這些資料，科學家就可以給台風進行非常逼真的三維成像。另外，通過這些資料，将有機會搞清楚台風生成和發展的機理，為做出準确預測提供幫助。
“天鴿”雷達垂直監測圖
圖源：中國氣象局氣象探測中心
利用無人機進行台風監測，是随着技術發展之後的創新應用，是科技服務國家海洋強國戰略、做好海洋防災減災的鮮明展現。我們的腳步不會停止，未來我們要建設的是岸基、海基、空基、天基一體化的海洋氣象綜合觀測系統和相應的配套保障體系。
相信在給台風做過全面的CT檢測後，再兇猛的台風，也能被乖乖馴服。
參考文獻
[1] 劉德強, 馮傑, 丁瑞強,等. 台風目标觀測研究進展回顧[J]. 地球科學進展, 2021, 36(6):15.
[2] 我國首次高空無人機台風綜合探測試驗成功，意味着什麼？
https://mp.weixin.qq.com/s/L6ZmpG2M_6bzZ9v-NYqx9g
[3] 台風來襲，翼龍10無人機出戰，奮勇向前大膽給台風做ct！
https://mp.weixin.qq.com/s/b1sRbxkmP-7c8QdZJ5Elkg
[4] 無人機還可以探測台風？
https://mp.weixin.qq.com/s/GxTVKqMY-gbI70MXoTeQpw
作者：中國科學院上海技術實體研究所 郭玮宏 博士
編輯：小叮當
鳴謝：上海氣象局首席服務官 邬銳；上海市氣象學會 徐建中為本文提供科學稽核。
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編輯：just_iu