我國海岸線漫長，沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，臨近大陸和島嶼的海域遼闊，蘊(yùn)藏著豐富的資源。隨著海洋強(qiáng)國和“一帶一路”戰(zhàn)略的實(shí)施，海上交通運(yùn)輸、漁業(yè)養(yǎng)殖、油氣開采、科學(xué)研究、旅游和軍事等活動日益頻繁。然而，我國沿海地區(qū)以及瀕臨海域的氣候多變，氣象條件和海陸環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生臺風(fēng)暴雨、大風(fēng)、風(fēng)暴潮、大霧和海上強(qiáng)對流天氣等海洋氣象災(zāi)害。目前人們對這些海洋災(zāi)害性天氣生消演變的科學(xué)認(rèn)識還存在諸多不足，進(jìn)而難以準(zhǔn)確預(yù)報這些海洋災(zāi)害性天氣，而海上尤其是外海氣象觀測資料的缺乏是主要原因。

海洋上的氣象觀測資料在發(fā)達(dá)國家和地區(qū)主要由衛(wèi)星遙感、商船氣象報和非業(yè)務(wù)性飛機(jī)觀測提供，但比起陸地臺站網(wǎng)所提供的資料在質(zhì)量和數(shù)量上都有極大差距，不能滿足科研和業(yè)務(wù)需要。這種狀況限制了臺風(fēng)生成與發(fā)展機(jī)理、海-氣相互作用以及厄爾尼諾事件相關(guān)的氣候變化等研究的深入開展，極大地阻礙了海洋氣象和水文環(huán)境預(yù)報尤其是臺風(fēng)天氣預(yù)報能力的提高。我國周邊廣闊海域上的氣象和水文觀測站點(diǎn)還非常少，近海布置的浮標(biāo)也不多。商船只能提供不連續(xù)、分散的氣象海況報告，而海監(jiān)飛機(jī)在惡劣天氣時不能提供氣象水文信息；島嶼和綜合考察船的氣象探空少，缺少覆蓋面寬、時間連續(xù)的對流層廓線剖面探測。

目前我國在遠(yuǎn)海氣象探測，尤其是海上垂直探空觀測方面，還缺乏有效而又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段。國內(nèi)外還沒有長航時無人駕駛可進(jìn)行探空的海上氣象觀測系統(tǒng)，尤其是沒有在復(fù)雜海況條件下生存并適用于氣象探測的海上自動航行專用平臺及綜合觀測技術(shù)。要盡快改變這種狀況，需要發(fā)展海上自動部署及在任何海況條件下生存并實(shí)用的海洋氣象環(huán)境原位探測技術(shù)，研制科研與業(yè)務(wù)共用新型海上氣象水文觀測平臺。

2016年5月，中國科學(xué)院大氣物理研究所無人艇研發(fā)團(tuán)隊成功研制了一款基于自控駕駛的半潛式海洋氣象觀測專用無人艇。該艇為半潛式結(jié)構(gòu)，艇身大部分處于水線之下，只有設(shè)備倉位于水面以上，大大降低了海浪對艇體的影響，使無人艇航行非常穩(wěn)定；同時無人艇的重心遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其浮心，使無人艇具備自扶正功能，大大提高了其在惡劣海況下的生存能力。

2016年5月至2017年11月半潛式海洋氣象觀測無人艇在淮河和渤海開展了一系列河試和海試，測試了半潛式海洋氣象觀測無人艇的功能、技術(shù)成熟性和業(yè)務(wù)化可行性，并首次在無人船上發(fā)射了探空火箭；獲得了實(shí)時的海上氣象觀測數(shù)據(jù)、海表溫度和海上邊界層內(nèi)的溫度、濕度、氣壓以及風(fēng)速和風(fēng)向垂直廓線。系列河上和海上試驗成功表明這種半潛式艇體結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)合自動航行控制、實(shí)時衛(wèi)星數(shù)據(jù)通訊、氣象水文自動觀測和探空火箭發(fā)射等技術(shù)相結(jié)合，使得該艇能夠遠(yuǎn)距離、長航時及在復(fù)雜海況條件下工作，能夠開展連續(xù)、實(shí)時的海面氣象觀測，能夠?qū)χ邢聦α鲗舆M(jìn)行氣象探空探測、實(shí)時數(shù)據(jù)和指令傳輸以及工作狀態(tài)監(jiān)控；可實(shí)現(xiàn)海洋尤其是遠(yuǎn)海氣象與水文多要素的定點(diǎn)或走航式探測，作為海上自主部署與回收的流動自動氣象站和探空站實(shí)時監(jiān)測海上大風(fēng)、大霧和雷暴等天氣，同時監(jiān)測海溫海鹽和海流等參數(shù)，為海洋氣象水文業(yè)務(wù)和科研提供資料。這些海洋氣象觀測數(shù)據(jù)可以促進(jìn)海-氣相互作用、海氣界面感熱和潛熱通量的估算、海洋邊界層模擬和海洋衛(wèi)星產(chǎn)品驗證等的研究。

該研究成果被選為《大氣科學(xué)進(jìn)展》2019年第四期封面文章。

半潛式海洋氣象觀測無人艇海上試驗

期刊封面

2017年6月13日半潛式海洋氣象探測無人船實(shí)時獲取的海上溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速和風(fēng)向以及海表溫度的觀測數(shù)據(jù)。紅色三角代表探空火箭發(fā)射的時間。

2017年6月13日，首次無人艇發(fā)射探空火箭獲得的海上大氣低層的溫度、濕度、位溫、風(fēng)速和風(fēng)向的高垂直分辨率廓線（垂直分辨率約為5米）。黑色虛線代表海上邊界層頂。

來源：中國科學(xué)院大氣物理研究所

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來源：中科院之聲