“黑珍珠”无人船：补全台风观测研究的重要拼图

摘要：

hydrovo-X生产的“黑珍珠”无人船，凭借其长续航、抗风浪、高稳定、可远程控制等特点，可在极端海况下进入台风中实时观测数据，填补过往数据监测的空白，是实时获取台风数据的重要手段。

01 2024 年 “山陀儿” 台风观测

图1 基于“黑珍珠”无人船数据算出飞沫增强因子随风速变化关系

图2 台风山陀儿与“黑珍珠”无人船相对位置

2024 年第 18 号台风 “山陀儿” 期间，“黑珍珠”无人船在极端海况下攻坚克难，获取了高分辨率的实测数据，有效填补了强风暴条件下的观测空白。其采集的大气温度、风速、气压等高频数据，不仅为多源数据融合提供了可靠的校准依据，成功修正了 ERA5 再分析资料在台风边缘区的系统性偏差，还为 COARE 3.5 算法的改进与验证提供了有力支撑。基于此次观测数据构建的参数化方案，揭示了海洋飞沫效应的相关规律，明确了动量通量与台风强度的密切关联，深化了科研人员对台风与海洋相互作用机制的认知，为台风预报模型的优化升级提供了重要的数据支持。

02 2023 年 “小犬” 超强台风观测

图3 台风“小犬”观测对应论文

图4 台风“小犬”与“黑珍珠”无人船相对位置

2023 年 9 月，4 套气象水文观测型“黑珍珠”无人船在南海及菲律宾海域部署，执行秋台风实时观测任务。最终，它们成功捕获了 202314 号超强台风 “小犬” 经过时的完整气象水文要素变化历程，全面记录了气温、气压、风速、风向、水温、湿度等关键数据。“小犬” 台风强度极强，两次加强为超强台风级，还创下了当地 126 年以来的实测最强阵风纪录。“黑珍珠”无人船的近距离观测，完整呈现了该台风生成、发展、登陆及后续强度变化全过程中的海洋大气要素波动，为研究超强台风的强度演变机制、路径移动规律提供了系统的实测数据，助力台风预报模型的优化与完善。

03 2023 年 “古超” 超强台风观测

图5 台风“古超”观测对应论文

图6 准备出海进行观测任务的“黑珍珠”无人船

2023 年 10 月 “古超” 超强台风期间，部署在南海北部的“黑珍珠”无人船成功获取了台风与海洋相互作用的关键数据。在靠近台风中心的近距离观测中，记录到极低气压、低平均风速及台风中心最大风速等重要指标，通过风速峰值变化印证了眼壁先于中心经过的现象。同时，观测还捕捉到入流角的变化范围、远超背景风速的眼壁风速，以及台风中心湿度、气压的显著变化。此外，海表风的旋转特征、台风内核区环流及海表温度持续下降等现象也被精准记录，这些高价值数据为深入研究超强台风的结构特征与演变规律提供了稀缺的实测支撑。

04 2019 年南海及西北太平洋观测

图7 2019 年南海及西北太平洋观测论文

图8 观测的台风风场结构

2019 年，科研团队在南海及邻近西北太平洋区域部署“黑珍珠”无人船，针对 8 个热带气旋过境时的海面风响应展开专项分析。观测所获数据与 ERA5 等主流再分析资料高度契合，极大提升了海面风数据的可信度。研究过程中，不仅发现了热带气旋外围气压系统对海风的推动作用及风向的急剧变化规律，还明确了风场的非对称结构特征，以及入流角与气旋相关要素的动态关联。通过模型对比，确定了不同条件下各类台风模型的适用场景，为海气交换领域的研究以及相关参数化方案的优化提供了重要助力，深化了对热带气旋与海洋相互作用的认知。

05 2017 年南海热带气旋观测

图9 2017 年南海热带气旋观测对应论文

图10 准备出海进行观测任务的“黑珍珠”无人船

2017 年夏季，“黑珍珠”无人船在南海北部精准捕获了 “海棠”“帕卡”“玛娃” 三次热带气旋的海浪相关数据。此次观测清晰呈现了热带气旋影响下海面的显著变化，包括海浪周期与有效波高的大幅提升，以及海面波动强度的明显增强，同时还记录到表征海面粗糙度的动量传递量快速下降的特征。此外，观测还揭示了海浪在气旋路径两侧的旋转规律及传播方向特点，这些宝贵数据为海浪预报产品的评估工作提供了实测依据，也为相关参数化方案的改进奠定了坚实基础，推动了海洋气象预报精度的提升。