“云帆號”風(fēng)浪混合驅(qū)動無人船。海南日報全媒體記者 黃媛艷 攝

無人風(fēng)帆航行器“信天翁”。（受訪者供圖）

近海試驗場海上測試平臺。（受訪者供圖）

海南島屬熱帶季風(fēng)海洋性氣候，易受到臺風(fēng)影響。預(yù)報是防臺風(fēng)的第一道關(guān)口，準(zhǔn)確的臺風(fēng)預(yù)報對于減輕災(zāi)害損失至關(guān)重要。

盡管臺風(fēng)“行蹤”不定，科研人員仍全力捕捉其軌跡。面對變幻莫測的臺風(fēng)，海南防臺風(fēng)工作正從被動防御轉(zhuǎn)向主動出擊。

今年，多項“黑科技”在我省投用：除了海洋無人風(fēng)帆航行器與臺風(fēng)共舞，在文昌沿海，無人船在距離臺風(fēng)眼100海里的位置“陪跑”；在三亞近海，一座近百米高的海上測試平臺嚴(yán)陣以待……這些“黑科技”的加持，讓海南獲得了詳細(xì)的臺風(fēng)內(nèi)部氣象變化、海洋、大氣動力過程等原位觀測數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)為深入研究臺風(fēng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、形成機理和演變規(guī)律提供重要依據(jù)。

A 黑科技1

“信天翁”：勇闖臺風(fēng)眼的無人帆船

“出生”尚不足月，第三代海洋無人風(fēng)帆航行器“信天翁”便迎來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)——今年第6號臺風(fēng)“韋帕”。7月20日，它從珠海赤頭灣碼頭自行駛出，無畏地沖向風(fēng)暴中心。

“信天翁”為仿虎鯨造型，看著呆萌，卻練就了一身真本領(lǐng)——采用單帆驅(qū)動，可抗16級臺風(fēng)，搭載的多參數(shù)水質(zhì)儀、流速剖面儀、測風(fēng)激光雷達等設(shè)備可有效收集并知曉海洋、大氣的環(huán)境狀態(tài)。

沖著臺風(fēng)“韋帕”而去，“信天翁”獲取了大量的一手臺風(fēng)數(shù)據(jù)?！八瓿闪藦婏L(fēng)區(qū)域的持續(xù)觀測任務(wù)，目前我們正在抓緊分析收集來的相關(guān)數(shù)據(jù)?！?月23日，浙江大學(xué)海南研究院教授李培良透露。

早在一個月前，第二代海洋無人風(fēng)帆航行器“信天翁”就已穿越今年第1號臺風(fēng)“蝴蝶”，實時采集臺風(fēng)觀測數(shù)據(jù)并成功回傳，為臺風(fēng)研究提供了珍貴的一手資料。

當(dāng)時，重達300公斤的“信天翁”被李培良團隊從萬寧沿岸放下水?！皠偂鰩煛陀龅搅艘馔馇闆r。我們原計劃在臺風(fēng)軌跡路線‘等風(fēng)來’，卻遭遇了臺風(fēng)提前抵達。只能嘗試從臺風(fēng)眼北面進入臺風(fēng)軌跡中，最后完成了穿越任務(wù)?！崩钆嗔颊f。

從被動等待到主動出擊，難度截然不同?？蒲袌F隊介紹，這意味著需要在最大風(fēng)力超過30節(jié)的惡劣海況下，克服上下顛簸垂直10米高差的海浪。

“信天翁”能完成任務(wù)嗎？團隊成員李彥君當(dāng)時心里也沒底?！八暮Ｉ嫌^測數(shù)據(jù)是每15分鐘回傳一次，具有一定的滯后性。當(dāng)我們在操控后臺發(fā)現(xiàn)風(fēng)向由東風(fēng)變?yōu)槲黠L(fēng)時，就預(yù)感穿越成功了?！崩顝┚嘎丁?/p>

首次穿越告捷，讓熬了72小時的科研人員為之振奮。更讓他們激動的是“信天翁”傳回的臺風(fēng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

“一次臺風(fēng)實測獲取的經(jīng)驗遠超傳統(tǒng)一年海測?！盘煳獭晒Υ┰脚_風(fēng)，相當(dāng)于車企制造的車輛圓滿完成了汽車?yán)?，各方面性能都得到實測檢驗?！崩钆嗔几袊@道，整個觀測過程中，“信天翁”系統(tǒng)記錄了臺風(fēng)內(nèi)部氣象變化、海洋動力過程等原位觀測數(shù)據(jù)。

據(jù)介紹，海洋無人風(fēng)帆航行器“信天翁”歷時4年研制成功，通過風(fēng)能驅(qū)動，既可長時間在臺風(fēng)、中尺度渦等復(fù)雜海洋環(huán)境中導(dǎo)航行駛，也可實現(xiàn)最深下潛1000米，具有很好的隱蔽性。它還集成了先進的智能控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋氣象要素的連續(xù)、精準(zhǔn)監(jiān)測，是我國自主研發(fā)的新型海洋探測裝備。

“‘信天翁’家族就是為應(yīng)對惡劣環(huán)境而生?！崩钆嗔纪嘎?，“信天翁”兩次任務(wù)的順利開展，證明了最初設(shè)計理念、技術(shù)迭代路線的正確性，也標(biāo)志著我國在海洋氣象探測領(lǐng)域邁出了堅實一步。

B 黑科技2

“云帆號”：以風(fēng)浪為動力的“藍精靈”

長期以來，我國臺風(fēng)數(shù)值預(yù)報效果提升備受臺風(fēng)外場觀測數(shù)據(jù)稀缺的掣肘，如今，這一現(xiàn)狀正在改變。

今年6月初，在“信天翁”下水前，一艘名為“云帆號”的風(fēng)浪混合驅(qū)動無人船從文昌出發(fā)，進行首次海試，目標(biāo)同樣是臺風(fēng)“蝴蝶”。

這是一個完全依賴海洋環(huán)境能源驅(qū)動的水面無人移動監(jiān)測平臺：身上裝有太陽能板，船體起伏運動通過臍帶纜傳遞到水下牽引機，牽引機串列翼板將起伏運動轉(zhuǎn)化為持續(xù)向前的推力，船尾的風(fēng)帆推進系統(tǒng)還可以同步為船體提供輔助推進力。船體表面立著四根白色的“顯眼包”，它們是可以監(jiān)測海上風(fēng)能信息的氣象站，也是能夠?qū)崿F(xiàn)北斗通信和船舶控制的通信終端。

“云帆號”無人船是上海交通大學(xué)海南研究院田新亮教授和王鵬博士課題組歷時十年的技術(shù)攻關(guān)成果。與傳統(tǒng)的水面移動監(jiān)測平臺波浪滑翔機等只能利用單一能源不同，“云帆號”可綜合利用風(fēng)能、波浪能和太陽能作為混合動力，因而可以確保其不依賴外部能源實現(xiàn)長達數(shù)月的海上自主航行。

下水之后，“云帆號”并未急于追風(fēng)。而是先完成持續(xù)3天的高精度原位保持任務(wù)，再沿著預(yù)設(shè)軌跡南下巡航，開始主動追逐臺風(fēng)路徑。

6月12日，“云帆號”到達距離臺風(fēng)“蝴蝶”100海里的位置，順利完成臺風(fēng)觀測任務(wù)?！氨O(jiān)測過程中，‘云帆號’循跡誤差小于50米，實時采集并反饋了臺風(fēng)中波浪、氣壓、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向等關(guān)鍵氣象數(shù)據(jù)?！闭n題組科研人員趙啟偉介紹，“云帆號”觀測到臺風(fēng)“蝴蝶”最大波高超過6米，最大風(fēng)速超過30節(jié)，完整記錄了臺風(fēng)核心區(qū)域的氣象變化。

“‘云帆號’為海南提供了一個自主航行的可持續(xù)監(jiān)測平臺，可為研究臺風(fēng)風(fēng)場結(jié)構(gòu)演變以及降水微物理特征提供豐富的一線數(shù)據(jù)，賦能臺風(fēng)活動機理和可預(yù)報性等前沿研究，推動臺風(fēng)監(jiān)測精密、預(yù)報精準(zhǔn)?！壁w啟偉說。

C 黑科技3

近海試驗場：守望深海的“鋼鐵哨兵”

與主動出擊的“信天翁”“云帆號”不同，一座近百米高的海上測試平臺在三亞近海以靜制動，嚴(yán)陣以待。

這座以上海交通大學(xué)海南研究院為依托單位，由上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院海洋工程團隊負(fù)責(zé)建設(shè)的近海試驗場，占海域面積300公頃，位于三亞崖州灣以南約20公里處海域，于今年1月建成投用。

試驗場建設(shè)了一座總樁長97米的海上測試平臺，按照50年一遇的極端海況進行設(shè)計。作為固定在海面的觀測平臺，它搭載的風(fēng)、浪、流、溫度、潮位等監(jiān)測設(shè)備，可持續(xù)、精確、多層次地開展海洋信息的實時監(jiān)測，為現(xiàn)代臺風(fēng)預(yù)報的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)。

“海洋是臺風(fēng)的‘引擎室’，監(jiān)測海洋就是監(jiān)測這臺引擎的運行狀態(tài)，是預(yù)報臺風(fēng)未來動向和威力的前提?！鄙虾＝煌ù髮W(xué)海南研究院工程師梁瓊文說，近海試驗場具備海洋環(huán)境長期原位監(jiān)測、岸海實時通訊及遠程監(jiān)控等能力，能夠?qū)⒑Ｉ蠑?shù)據(jù)實時、不間斷傳輸至岸基測控中心。

據(jù)介紹，臺風(fēng)“蝴蝶”在經(jīng)過三亞以南海域期間，臺風(fēng)中心距試驗場海上測試平臺最近距離僅6公里。

“試驗場準(zhǔn)確測試獲得了臺風(fēng)從接近到脫離全過程的海洋氣象數(shù)據(jù)，成功捕捉強非線性波浪時歷過程?！绷涵偽耐嘎?，數(shù)據(jù)顯示，臺風(fēng)中心過境時，試驗場周邊海域呈現(xiàn)顯著極端環(huán)境效應(yīng)，測得的有義波高（波浪統(tǒng)計的核心參數(shù)）超過6米，最大波高達12米以上，瞬時最大風(fēng)速35米/秒，并記錄了強非線性波浪時歷。

這些寶貴的臺風(fēng)內(nèi)部第一現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為研究臺風(fēng)生成演化機理、破解臺風(fēng)路徑與強度預(yù)報難題提供重要數(shù)據(jù)支撐。遠在上海的相關(guān)科研團隊，正抓緊利用這些數(shù)據(jù)，分析臺風(fēng)從生成到消散全過程的風(fēng)速、波浪等關(guān)鍵參數(shù)的變化趨勢，并建立長期海洋環(huán)境數(shù)據(jù)庫，力圖訓(xùn)練優(yōu)化臺風(fēng)預(yù)測模型和破解臺風(fēng)演化機理。

“信天翁”、“云帆號”、海上測試平臺，是海南臺風(fēng)監(jiān)測投入的最新設(shè)備，它們幫助人們更加了解海洋、讀懂臺風(fēng)。

同步推進的海南省海洋災(zāi)害綜合防治能力建設(shè)項目（以下簡稱海災(zāi)項目）建成后，臺風(fēng)“蝴蝶”也是其迎來的首次“實戰(zhàn)”考驗。

海災(zāi)項目整合高密度岸?？仗煊^測網(wǎng)、機動無人裝備體系、基本海洋數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、海洋災(zāi)害預(yù)報預(yù)警信息化系統(tǒng)等，力促海南從災(zāi)害監(jiān)測、分析研判、預(yù)警發(fā)布到應(yīng)急響應(yīng)和綜合決策的全鏈條、一體化能力躍升。

“每一次臺風(fēng)都是對新裝備、新系統(tǒng)、新體系在真實復(fù)雜災(zāi)害場景下適應(yīng)性、可靠性、穩(wěn)定性的檢驗?！笔『Ｑ髲d有關(guān)負(fù)責(zé)人表示，“海南將充分利用這些‘黑科技’的新能力，全面提升海洋災(zāi)害的精準(zhǔn)預(yù)報預(yù)警能力、多災(zāi)種風(fēng)險管控能力、高效決策指揮能力和協(xié)同應(yīng)急響應(yīng)能力，力爭科學(xué)、高效、有序防御臺風(fēng)等重大海洋災(zāi)害?！保ū緢笕齺?月4日電）

“云帆號”風(fēng)浪混合驅(qū)動無人船

歷時十年的技術(shù)攻關(guān)

與傳統(tǒng)的水面移動監(jiān)測平臺波浪滑翔機等不同

可綜合利用風(fēng)能、波浪能和太陽能

作為混合動力

因而可以確保其不依賴外部能源

實現(xiàn)長達數(shù)月的海上自主航行

可為研究

臺風(fēng)風(fēng)場結(jié)構(gòu)演變

以及降水微物理特征

提供豐富的一線數(shù)據(jù)

海洋無人風(fēng)帆航行器“信天翁”

歷時4年研制成功

通過風(fēng)能驅(qū)動

既可長時間在臺風(fēng)、中尺度渦等

復(fù)雜海洋環(huán)境中導(dǎo)航行駛

也可實現(xiàn)最深下潛1000米

具有很好的隱蔽性

它還集成了先進的智能控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)

能夠?qū)崿F(xiàn)對海洋氣象要素的連續(xù)、精準(zhǔn)監(jiān)測

是我國自主研發(fā)的新型海洋探測裝備

近海試驗場

占海域面積300公頃

位于三亞崖州灣以南約20公里處海域

試驗場建設(shè)了一座總樁長97米的海上測試平臺

作為固定在海面的觀測平臺

它搭載的風(fēng)、浪、流、溫度、潮位等監(jiān)測設(shè)備

可持續(xù)、精確、多層次地開展海洋信息的實時監(jiān)測

為現(xiàn)代臺風(fēng)預(yù)報的準(zhǔn)確性奠定基礎(chǔ)

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