海洋機器人和無人機在大型颶風中打破紀錄，研究人員推進預測模型

025 年颶風季以科學家觀測到的最強大西洋颶風之一而聞名，美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 利用無人空中和海洋觀測系統(tǒng)進行的測量打破了多項紀錄。NOAA 海洋與大氣研究辦公室 (OAR) 還改進了實驗性預測模型和風暴潮工具，這將有助于提高未來的預測和預警能力，從而挽救生命并減少經濟損失。

圖表顯示了 2025 年颶風季期間為收集風暴數據以改進預測而進行的颶風獵人飛行次數、投放的探空儀數量以及部署的無人飛機和水上航行器數量。（圖片來源：NOAA 大西洋海洋與氣象實驗室）

來自美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）大西洋海洋氣象實驗室（AOML）和太平洋環(huán)境研究實驗室的研究人員與英國海洋機器人公司Oshen以及南密西西比大學合作，率先研發(fā)出一種新型數據采集海洋機器人。該成功攔截了颶風“亨伯托”，成為首個從五級颶風內部采集并傳輸數據的無人水面航行器。

這些名為“C-Stars”的微型海洋機器人為NOAA國家颶風中心（NHC）提供了關于“亨伯托”颶風內部低氣壓的關鍵信息，并在官方預報討論中予以公布。科學家們部署了八艘這種輕便的、長約1.2米的無人帆船，它們配備了太陽能傳感器，用于收集風速和風向、海面溫度、氣溫、氣壓和相對濕度等數據。

“我們收獲頗豐，并證明這些系統(tǒng)極具價值且經濟高效，可以快速部署，”海洋與航空運行辦公室（AOML）海洋學家兼聯(lián)合首席研究員格雷格·福爾茨（Greg Foltz）表示，“我們將以此為基礎繼續(xù)發(fā)展。”

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的研究人員、飛行員和工程師乘坐NOAA颶風獵人飛機測試輕型氣象傳感器Skyfora，該傳感器從飛機上投放至大氣層。圖片來源：NOAA

在空中破紀錄

本季也使NOAA得以繼續(xù)探索從空中觀測風暴內部的新方法。海洋與航空運行辦公室（OAR AOML）與NOAA海洋與航空運行辦公室的飛行員、工程師和其他機組人員合作，在2025年颶風季的五個颶風中，成功地從NOAA颶風獵人飛機上投放了17架“黑雨燕”（Black Swift）無人飛行器。由黑雨燕科技公司（Black Swift Technologies）開發(fā)的這些無人飛行器在颶風梅麗莎期間低空飛行了120分鐘，創(chuàng)下了新的紀錄。另一架黑雨燕無人飛行器還拍攝了颶風梅麗莎內部的視頻。

“隨著我們每年部署次數的增加，我們離將這些工具應用于日常作業(yè)的目標越來越近了，”美國氣象局海洋實驗室（AOML）颶風研究部首席氣象學家喬·西奧內（Joe Cione）說道。黑雨燕是一款重2.75磅、翼展54.6英寸的飛行器。今年，西奧內和他的團隊開發(fā)了一種新的黑雨燕飛行機動技術，使其能夠幾乎原地停留在特定目標區(qū)域進行測量。

另一項測量紀錄也被打破：AOML的科學家們在分析颶風梅麗莎的投落式探空儀數據時，發(fā)現美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）颶風獵人飛機投放的一個探空儀記錄到的風速高達252英里/小時，打破了投落式探空儀記錄到的最強風速紀錄。梅麗莎是2025年颶風季最強的颶風。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）提供了一系列海洋傳感器的數據。

在颶風艾琳期間，NOAA的Argo浮標和漂流器提供了有關風暴的深入信息。Argo浮標傳輸了風暴前后的海洋狀況數據。NOAA資助的13個漂流器被部署到位，用于收集和傳輸風暴的實時數據。在颶風加布里埃爾和梅麗莎期間，NOAA協(xié)調部署了漂流器和投落式探空儀，使其靠近現有的海洋滑翔機航線，這是由NOAA全球海洋監(jiān)測和觀測計劃領導的“協(xié)調颶風大氣-海洋采樣實驗”的一部分。

將海洋和大氣不同高度的傳感器在同一區(qū)域采集的觀測數據匯集起來，可以為研究人員提供詳細信息，從而更好地驗證觀測系統(tǒng)、改進預測模型并提高颶風預測的準確性。

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機。這些無人水下滑翔機收集并向全球電信中心傳輸海洋溫度和鹽度數據，供NOAA和世界各地其他預測模型使用。颶風艾琳經過了NOAA及其合作伙伴的三架水下滑翔機，觀測到了強烈的降溫現象，這一現象已被NHC記錄在案。冷卻可能是颶風減弱的信號。

美國國家海洋和大氣管理局 (NOAA) 的海洋滑翔機抵達海面，實時傳輸海洋溫度和鹽度數據。（圖片來源：NOAA）

測試新的颶風預測工具和預報模型

本颶風季，美國國家颶風中心 (NHC) 測試了由 NOAA 全球系統(tǒng)實驗室開發(fā)的災害服務預警系統(tǒng) (HAFS) 的一項新應用，該系統(tǒng)有望改進風暴潮預警和警報的發(fā)布方式。測試是部署新系統(tǒng)的重要步驟。

美國國家海洋和大氣管理局海洋實驗室 (AOML) 測試了颶風分析和預報系統(tǒng) (HAFS) 的幾種下一代配置。這項工作的重點是升級 HAFS 的新型多風暴版本，該版本可以同時模擬多個風暴。對 HAFS 實驗模型的測試也表明，該模型能夠將預報時間從五天延長至七天。

在颶風季期間，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）地球物理流體動力學實驗室（GFDL）的科學家們利用GFDL的高分辨率地球系統(tǒng)研究無縫預測系統(tǒng)（SPEAR）進行了實時季節(jié)性颶風預測，并將這些預測結果分享給了美國國家氣象局（NWS）的氣候預測中心和國家颶風中心（NHC）。這些季節(jié)性預測直接支持了NWS官方發(fā)布的5月和8月颶風展望。《氣候雜志》（Journal of Climate）今年發(fā)表的一項評估表明，SPEAR在多個海洋盆地都能提供精準的季節(jié)性預測，其性能與前幾代模型相當甚至更優(yōu)。

來源：中加海洋