台风过境时,近海云层下方那片区域,一直是气象观测的“灰区”——卫星被云挡住,雷达有盲区,传统单架无人机只能定点探测。7月24日起,随着台风“红霞”逐渐逼近我国华南沿海,中国气象科学研究院联合深圳市国家气候观象台,在深圳大鹏半岛的中国气象局粤港澳大湾区低空经济无人航空气象保障野外科学试验基地,首次采用蜂群无人机观测方式,针对台风登陆全过程开展高频率、多维度观测试验。

一、蜂群怎么“追风”?

不同于传统单架无人机定点探测,蜂群无人机是多架搭载气象载荷的无人机组成的协同观测阵列。它们在空域内多点、多层同步开展大气要素探测,依靠机间协同实现低空三维空间高密度采样。

试验持续同步获取台风过境影响前后低空温度、湿度、风场、湍流等关键气象参数的垂直廓线观测资料,同时采集记录无人机飞行姿态、航迹偏移、电量功耗变化等运行参数。采用小时级高频立体探测模式,全程追踪台风过境全过程。

试验负责人、中国气象科学研究院研究员郭建平介绍,此次试验聚焦三个方向:一是在无人机上集成搭载风、温、湿度探测、湍流监测、全天空成像仪等载荷,对比检验不同气象设备在台风环境下的观测稳定性和探测精度;二是构建多机型无人机组网观测阵列,实现多高度、多水平点位同步协同探测;三是持续监测风雨扰动下无人机航向偏移、机身震荡、能耗波动等特征,量化极端气象条件下无人机低空飞行安全阈值。

二、为什么非得用蜂群?

我国已建成由风云气象卫星、气象雷达、地基遥感垂直观测系统和地面气象站等组成的立体气象观测网,但受云层遮蔽、低空探测盲区较大等因素制约,台风近海云下低层大气热动力结构观测仍存不足。

卫星能看到台风顶部的云系结构,但看不到云层下方近海面的风场和温湿度。雷达能探测降水,但对低空大气热动力结构的刻画精度有限。传统单架无人机只能获取单点剖面数据,无法覆盖台风登陆全过程的三维空间变化。

蜂群无人机的价值正在于此——多架无人机协同组网,在台风过境前后持续采样,有效补齐近海低空观测短板,为提升台风强度研判、风雨落区预报精准度提供关键实况数据支撑。

三、双重目标:既要测台风,也要测无人机自己

这次试验的特殊之处在于,它不是单向的“用无人机测台风”,而是双向的“无人机和台风互相测试”。

郭建平介绍,试验“聚焦新域新质气象装备发展和应用,依托蜂群无人机同步开展台风边界层探测试验与极端天气适航性双重研究,既要让蜂群无人机精准探测台风边界层结构,也要观察天气怎样影响不同型号无人机的飞行姿态”。

当前,低空物流、空中巡检、应急救援等低空业态加速落地,对低空精细气象保障服务的需求持续攀升。极端天气下无人机还能不能飞、怎么飞、能飞多久——这些问题的答案,直接关系到低空经济的安全边界。此次试验不仅有助于揭示风暴环境对不同机型无人机飞行姿态、航迹和能耗的影响规律,量化极端天气下低空安全飞行的气象边界条件,也可为过境台风搭建机动科学合理的立体观测体系、推动台风监测预报技术迭代、保障低空飞行安全积累核心试验数据。

四、填补的不仅是一块观测空白

台风“红霞”过境期间,蜂群无人机完成了从登陆前到过境后的全程追踪。这是我国首次将蜂群无人机技术应用于台风过境全过程观测。

这项技术的突破意义在于:它填补的不仅是一块观测空白,更是一种观测范式的转变——从“单点探测”到“三维组网”,从“被动等待台风”到“主动追踪全过程”。当蜂群无人机能够在台风眼中穿梭、在风雨中持续采样,气象预报获得的不再是零散的剖面数据,而是台风登陆全过程的三维动态画像。

我国蜂群无人机首次实现台风过境全程立体观测。这只是一个开始。当更多蜂群被部署到更多台风路径上,台风预报的精度提升,或许就在下一次登陆之前。