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探测火箭揭秘台风“内部世界”
2015-10-14 08:21:39
 

  10月3日23时00分整,伴随着一声巨响,一枚台风探测火箭在海南万宁点火发射。

  6分钟后,探测火箭将多枚下投式探空仪成功送入强台风“彩虹”云团中心区域,实现实时探测、传送“彩虹”结构、强度等高质量观测数据。这是国际上首次用火箭成功深入台风内部。

  火箭到底怎么实现对台风的监测?此次台风探测火箭的成功发射又意味着什么?现阶段还有哪些台风探测技术呢?本期“新知·探索”科普专栏将为读者一一解密。

  突破

  在国内外实现三项技术首创

  这是一枚SY-400制导火箭弹,它在成功穿越强台风“彩虹”时,将多枚下投式探空仪送入了云团中心区域,并开始实时传送高质量观测数据。

  在欣喜与欢呼后,我们要知道,首枚台风探测火箭成功发射的背后得益于三项技术突破:

  一是探空仪上的减速伞成功研制成为了国内首创。

  首枚台风探测火箭发射试验中用到的SY-400火箭,主要起到运输作用。其关键在于将载荷的6个探空仪分2次投入强台风“彩虹”。但由于火箭速度快,可达1000米/秒左右,因此投放出的探空仪速度很快,要保证探测数据的准确性,需将探空仪垂直下落的速度降到其正常工作的速度——7米至20米/秒。为此,专家们为探空仪研制了减速伞,克服了这一项技术难题。探空仪上的减速伞成功研制为国内首创。

  二是在国际上首次实现信息在极端环境中有效收发。

  此次投放的探空仪直径最粗的地方有70毫米,其中还要装入GPS定位、探测等设备,但是探空仪体积小,定位、发送天线在一起会产生干扰,如何能保证数据准确、连续收发是个棘手问题。为此,相关研究所进行了多次淋雨、震动、冲击、高温、低温等极端状况下的模拟实验。比如,在有淋雨装备的大篷车内,将探空仪挂在中间进行数据收发实验等。此次最终实现了本次强台风“彩虹”探测数据有效率达到97%。这也在国际上首次实现信息在极端环境中有效收发。

  三是在国际上首次实现火箭载荷物的按需释放。

  火箭大动力、低荷载,如何实现在投放探空仪的过程中保持火箭原有结构不受破坏、减少冲击、将探空仪安全、可靠地“按需释放”出来是研究所在项目研究过程中突破的技术难题。经过专家们的努力研究,最终实现了“想在哪儿释放有效载荷就能在哪儿释放”的国际首创技术。

  意义

  为提高台风预报能力打基础

  用火箭探测台风为什么选择在海南开展首次试验?

  原因在于海南岛是中国受台风登陆和影响最多的省份之一。年平均影响海南岛的热带气旋约7个,登陆热带气旋约2.5个,占登陆全国的20%。而海南与雷州半岛这个“台风走廊”呈弧形带,台风靠近陆地时,台风眼壁没有被破坏,有利于信息数据的完整。

  事实上,首次用火箭探测台风,已经按预期设计传回了观测数据。初步分析表明,此次试验所获取的台风数据资料,精度高,质量好,同步性强,具有显著的科研业务应用潜在价值。同时,试验完美解决了火箭发射、探空仪高空高速抛撒、远程数据获取等一系列技术障碍。

  加强近海台风探测是提高台风预报水平的关键。此次试验的成功,标志着利用火箭平台探测近海台风技术的重大突破,填补了我国海上台风结构和强度直接探测的空白。

  这是一项军民融合、创新提高气象探测和预报能力的探索性尝试。据参试专家介绍,试验的成功证明火箭探空台风技术对于分析研究近海台风的强度和内在结构特征有很强的参考价值和应用潜力,有助于形成对台风结构变化及风雨分析变化规律的理论认识。试验将为下一步如何真正用于提高台风路径和强度预报能力、防台预警能力打下坚实基础,起到借鉴作用。

  方式

  探测台风有4种常规手段

  1、飞机监测。开始于第二次世界大战期间。包括飞机进入台风眼的观测和在台风周围的观测。飞机侦察到的台风位置和强度比其他方法要精确。但由于其耗费大,因此,进行飞机探测的次数和地域非常有限。

  2、卫星拍照。始于上世纪60年代。气象卫星可拍摄出清楚的可见光和红外的两种台风云图照片。它测定台风中心的精确度不及飞机侦察,但由于它观测的时次多和范围大,因此,已经成为现阶段监测台风的主要手段。

  3、雷达观测。根据台风螺旋雨带的雷达回波,确定台风的强度和中心位置等。始于第二次世界大战以前,至今当台风临近沿海和岛屿时,雷达仍是探测台风的重要手段之一。

  4、沿海和岛屿气象站、船舶、气象漂浮站等的常规气象观测,对监测台风活动仍然有一定作用。

  海上浮标气象站及沿海近岸气象站的建立,对台风的观测视野从陆地扩展到海上,相对而言,可以清晰地监测到台风的风速,把握台风的发展与演变。然而,目前近海台风探测主要还是依靠气象卫星和雷达。

  那么,这两个手段在监测方面又有哪些区别呢?

  卫星和雷达都通过遥感技术来实现监测,这是两者的相同之处。而不同则在于,卫星是从高空监测,因此比较宏观,然而具体台风内的细节之处看不清;雷达是在近距离观测,如从250公里左右的距离来捕捉台风,发现台风的风力是多少,什么地方出现了风雨影响,下了多大的雨量。可以说,它们两个优势互补,从远到近、从粗到细、从宏观到微观,使得针对台风的观测更全面,构成一个立体的监测格局。

  2008年,我国气象部门曾尝试过利用有人驾驶的飞行进行台风探测,不过由于台风内部环境恶劣,复杂多变,飞机的安全稳定飞行风险较大,且飞行速度低,无法快速到达指定区域探测数据。而采用火箭探空台风技术,由于火箭飞行速度快,受台风影响小、能够在较短时间内完成远距离飞行,是获取台风内部接触式探测信息的有效途径。


编辑:小微

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来源 | 海南日报

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