觀測氣象的“黑科技”

顏士州

天氣變化與我們的生活息息相關(guān)。你知道在-40℃的環(huán)境下和高達(dá)80℃的高空中，如何檢測天氣變化嗎？“局部地區(qū)”的天氣變化又是通過什么來觀察的？一些氣象裝備“黑科技”在其中發(fā)揮了巨大的作用。

我國疆域遼闊，南北部跨緯度較大，季節(jié)差異明顯，突發(fā)性自然災(zāi)害相對較多，導(dǎo)致常規(guī)的氣象監(jiān)測手段無法進(jìn)行實時監(jiān)控。日前，一只名為“ULD3000”的機械狗橫空出世。它可以在-40℃和高達(dá)80℃的環(huán)境中從事氣象工作。機械狗其實就是一架設(shè)計精巧的無人陸地探測器。這種儀器可以在惡劣環(huán)境中代替人類工作。它可以監(jiān)測空氣中的溫度、濕度、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、太陽輻射、顆粒物等標(biāo)準(zhǔn)氣象觀測要素。它像觀測風(fēng)向風(fēng)速的氣象傳感器一樣，能發(fā)射連續(xù)變頻超聲波信號，通過測量相對相位來測量風(fēng)速風(fēng)向。在惡劣環(huán)境中，可應(yīng)用于多種極端天氣中的氣象要素采集。

我們知道，天氣變化較快，尤其“局部地區(qū)”變化更快。這時，天氣雷達(dá)就發(fā)揮了作用。相控陣天氣雷達(dá)，就是在一個陣面上放置了大量的輻射器所組成的陣列，也就是許多小天線。這些小天線上的輻射器后面都接有可控移相器，能將電子掃描結(jié)果呈現(xiàn)在電腦上。相控陣天氣雷達(dá)速度更快，探測能力更強，大大縮短了掃描時間，由傳統(tǒng)的6分鐘減少到30秒，分辨精度也由1千米提高到30米，掃描的仰角范圍由0°～ 19°擴大至0°～ 72°。對雷雨、大風(fēng)等影響較大的突變危險天氣，相控陣天氣雷達(dá)能瞬間進(jìn)行捕捉與分析，及時發(fā)現(xiàn)并監(jiān)控其發(fā)展，從而有效地提高了局部地區(qū)的天氣探測預(yù)警能力。

天氣變化時，人工影響天氣常常在抗旱防澇、森林滅火等諸多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。“新舟60”氣象機已成為人工影響天氣作業(yè)的主力軍。它具有冷云和暖云增雨、消雨作業(yè)與復(fù)雜氣象科學(xué)探測、空地協(xié)同控制等功能。

“新舟60”氣象機最大載重5.5噸，實用升限7620米，巡航速度每小時430千米，續(xù)航時間5.7小時，最大航程達(dá)2600千米。

“新舟60”氣象機加裝了大氣探測子系統(tǒng)、催化作業(yè)子系統(tǒng)、空地通信子系統(tǒng)、任務(wù)集成子系統(tǒng)和任務(wù)電源子系統(tǒng)，具備人工增雨、消雨、氣象探測及空地通信等功能，滿足人工影響天氣需求。

“新舟60”氣象機在進(jìn)行人工增雨時，與傳統(tǒng)方式相比，影響范圍更大、播撒速度更快、效率更高，特別是對于大范圍的層狀云來說效果更好。

每年夏季是臺風(fēng)的高發(fā)期。這時氣象探測無人機就派上了用場。它對臺風(fēng)的外圍云系進(jìn)行CT式“掃描”。這樣就能夠更好地對臺風(fēng)進(jìn)行探測和判斷，為抗擊臺風(fēng)提前做好各項準(zhǔn)備工作。

氣象探測無人機攜有探空儀、毫米波氣象雷達(dá)等相應(yīng)的氣象探測設(shè)備。隨著無人機氣象探測技術(shù)的發(fā)展，它能利用搭載的傳感器為人類提供更為先進(jìn)的預(yù)測服務(wù)，尤其對惡劣天氣以及龍卷風(fēng)的近距離探測、監(jiān)視具有獨特優(yōu)勢。氣象探測無人機可以收集溫度、氣壓、風(fēng)力、各種圖像、云形成類型和大小、能見度、湍流發(fā)生和大小、積冰等氣象數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析天氣狀況，評估天氣影響。

各種觀測神器是看天的“眼睛”。常見的氣象裝備還有雷達(dá)、探空氣球、氣象衛(wèi)星、氣象站等。比如，探空氣球是人類研究平流層的重要工具，它攜帶探空儀器升空，探空儀器在上升過程中不時地測定不同高度和經(jīng)緯度的高空溫度、氣壓、空氣濕度等，攜帶的經(jīng)緯儀還能計算出高空的風(fēng)向和風(fēng)速，通過無線電信號發(fā)送到地面上來，從而獲得空中的氣象信息。探空氣球的優(yōu)點是投資小，成本低，靈活性大，施放不受地域和氣候因素影響。

隨著科技的迅猛發(fā)展，助力氣象的“黑科技”將發(fā)揮越來越大的作用，讓天氣預(yù)報更精準(zhǔn)、服務(wù)更到位，為老百姓的生產(chǎn)生活等帶去更大的益處。