波浪滑翔機(jī)
新 視 野
本報記者 張巍巍 綜合外電
席卷美國東海岸的颶風(fēng)“桑迪”早已過去，但它對美國造成的大量人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)損失讓人心有余悸。美國《國家科學(xué)院學(xué)報》近日刊發(fā)的一篇論文指出，隨著全球變暖態(tài)勢的增強(qiáng)，熱帶氣旋的發(fā)生也愈加頻繁，而這種情況在大西洋區(qū)域表現(xiàn)得尤為突出。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，自1923年以來大西洋颶風(fēng)潮的數(shù)量有了顯著增加。此外，丹麥哥本哈根大學(xué)尼爾斯·波爾研究所冰與氣候中心的科研人員還表示，具有最高級別風(fēng)暴潮的颶風(fēng)將帶來極大的破壞和經(jīng)濟(jì)影響，例如2005年突襲美國新奧爾良的五級颶風(fēng)卡特里娜，它們在溫暖年份的發(fā)生數(shù)量約為寒冷年份的兩倍。因此，為避免不必要的傷亡和損失，對颶風(fēng)進(jìn)行精準(zhǔn)的追蹤和預(yù)測就顯得勢在必行。
巧部署，風(fēng)眼里面挖數(shù)據(jù)
美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的氣象學(xué)家表示，科研人員只有在獲得風(fēng)暴相關(guān)數(shù)據(jù)的情況下才能預(yù)測它們的前行路徑和強(qiáng)度。若想對颶風(fēng)更好地進(jìn)行預(yù)測就需要更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，尤其是源自風(fēng)暴中心的數(shù)據(jù)。此前，NOAA等機(jī)構(gòu)會從不同的來源收集風(fēng)暴的有關(guān)數(shù)據(jù)，例如盤旋于數(shù)千英尺高空的飛行器，環(huán)墨西哥灣區(qū)域零散分布的固定浮標(biāo)氣象站，和環(huán)繞地球運(yùn)行的衛(wèi)星等，這些都能使科學(xué)家較好地了解風(fēng)暴周圍區(qū)域的情況。但源自風(fēng)暴內(nèi)部的數(shù)據(jù)流卻仍然缺乏，而這個區(qū)域正是最重要的數(shù)據(jù)所在。因此，NOAA正在研制能夠從颶風(fēng)風(fēng)眼傳送報告的機(jī)器人，以彌補(bǔ)巨大的數(shù)據(jù)缺口，并預(yù)測颶風(fēng)最有可能的路徑，及其下一步的動態(tài)。
據(jù)大眾科學(xué)網(wǎng)站相關(guān)報道，由于目前已進(jìn)入本年颶風(fēng)襲擊較為猛烈的階段，NOAA的研究人員正在努力部署兩種不同的水下機(jī)器人，并期待它們未來能成為風(fēng)暴預(yù)測的關(guān)鍵工具。第一種是泳動型機(jī)器人“波浪滑翔機(jī)”，其被預(yù)想為一個持續(xù)的監(jiān)控平臺，一只流動的監(jiān)測站“艦隊”，整個颶風(fēng)季都將停留在海上，隨時等待沖入風(fēng)暴的活動區(qū)域。第二種就是Hydronalix公司研制的水上綜合緊急救生裝置EMILY的改進(jìn)版——“颶風(fēng)追蹤者”無人水面艇。它能夠連續(xù)數(shù)日追蹤風(fēng)暴，直接將源自風(fēng)暴風(fēng)眼的數(shù)據(jù)流傳送給海岸上的科研人員。這些機(jī)器人平臺將提供給氣象學(xué)家有關(guān)天氣系統(tǒng)前方、內(nèi)部和后方表面狀況的完整特性描述。而這些新品種的“追風(fēng)艦隊”也將連同越來越機(jī)器人化的飛行器，和在超級計算機(jī)上運(yùn)行的高分辨率天氣模型一起，生成更加完整和清晰的風(fēng)暴圖像。
NOAA大西洋海洋學(xué)和氣象實驗室的副主任艾倫·萊昂納迪表示，目前只有三種方式可以獲得上述數(shù)據(jù)。第一種是風(fēng)暴碰巧穿過此前已經(jīng)布置在水中的浮標(biāo)，而這并不像人們想像的那么經(jīng)常發(fā)生。另一種是于風(fēng)暴所在區(qū)域放置船只來收集數(shù)據(jù)，但這種情況對留在船上的船員而言過于危險，因此一般不被采納。第三種就是他們已經(jīng)使用的，通過飛行器在風(fēng)暴前方部署儀器設(shè)備，使其能在風(fēng)暴經(jīng)過時收集數(shù)據(jù)。
“隨著近年來載人飛機(jī)和無人機(jī)的發(fā)展，收集到的數(shù)據(jù)越發(fā)豐富，對風(fēng)暴路徑的預(yù)測也變得愈發(fā)準(zhǔn)確。但風(fēng)暴的路線很大程度上會由上層風(fēng)和颶風(fēng)周圍的環(huán)境所影響，強(qiáng)度卻只能從風(fēng)暴內(nèi)部測量。即使能從風(fēng)眼獲取數(shù)據(jù)，其也能快速地改變，因此很難及時精確地獲知在某一時刻的風(fēng)暴強(qiáng)度，然而這卻決定了一個城市是否需要進(jìn)行人員疏散。一場風(fēng)暴將在新奧爾良州以東或是以西登陸并不那么重要，更重要的是知曉它將演變?yōu)橐患夛Z風(fēng)還是三級颶風(fēng)?！比R昂納迪如是說。
NOAA地球系統(tǒng)研究實驗室的主任亞歷山大·麥克唐納博士也表示：“現(xiàn)今的問題在于風(fēng)暴的增強(qiáng)速度到底有多快？拿2004年自佛羅里達(dá)州西海岸登陸的颶風(fēng)查理為例，其在一天內(nèi)就從二級颶風(fēng)升級成為四級颶風(fēng)。因此我們的理念就是在風(fēng)暴的強(qiáng)度發(fā)生變化時能夠觀測到，平均每半小時獲取一次新的壓力讀數(shù)，因為觀察不到，就無法進(jìn)行預(yù)測?！?/p>
就了解強(qiáng)度而言，風(fēng)暴數(shù)據(jù)最豐富的部分位于海洋和空氣交界面。這個區(qū)域可由水面向上向下延伸數(shù)十英尺，其在風(fēng)暴風(fēng)眼中也表現(xiàn)得尤為明顯。颶風(fēng)的能量源自海水下面的熱力，也正是海氣交界面將它們轉(zhuǎn)移到了上方。保持觀察海洋和空氣的溫度，以及眼壁內(nèi)的壓力，對于了解風(fēng)暴現(xiàn)在和未來的強(qiáng)度十分關(guān)鍵。風(fēng)眼的四周環(huán)繞著眼壁，強(qiáng)度最強(qiáng)、風(fēng)速最快的風(fēng)就位于颶風(fēng)的眼壁處。而風(fēng)眼卻是風(fēng)暴中心天氣十分穩(wěn)定的地帶，其內(nèi)通常是平靜無風(fēng)，甚至?xí)r有陽光。
