10月9日，针对影响我国东南沿海的台风“小犬”，中国气象局气象探测中心（以下简称“探测中心”）联合海南省气象局、中国气象局地球系统数值预报中心（以下简称“数值预报中心”）、中国气象局广州热带海洋气象研究所（以下简称“广州热带所”）等多家单位，依托博鳌国家级无人机气象观测基地，完成了第三次“海燕”无人机南海台风飞行观测任务。

2018年，中国气象局启动高空大型无人机海洋综合气象观测试验——“海燕计划”。今年9月初，在台风“苏拉”“海葵”等多个台风影响期间，探测中心又联合多家单位开展了南海台风机动观测作业。“海燕”无人机在台风观测敏感区“展翅翱翔”，在技术创新、算法优化、高效统筹和创新联动方面取得了哪些进展？

弥补短板 提供精准观测数据

以往，当台风中心距离我国较远、缺少直接原位观测手段时，气象部门主要借助气象卫星提供台风云图成像及动力结构遥感观测；当台风接近时，主要通过天气雷达、探空及地面（海岛）自动站观测获取台风的相关数据，但雷达站、探空站、地面（海岛）自动站受空间和地域限制，对台风观测能力有限。

“海燕”无人机弥补了这些短板，具有高机动性特点，可在台风登陆的关键期，在台风观测敏感区直接探测周围的大气、风力结构等，为台风降水强度及路径预报等提供精准的观测资料，从而提升模式预报精准度。

那么，怎样才能确定台风观测敏感区，使飞机不“绕远”、不“迷路”呢？探测中心联合广州热带所和数值预报中心首次尝试并应用创新算法——集合敏感性分析方法，确定台风观测敏感区。首先确定预报初始时刻台风中心的位置和验证区域的范围，再获取以预报初始时刻起报、验证时刻结束的集合预报，并基于初始环境场不同高度的全能量，获取不同初始变量对不同目标量的敏感区，最终确定出一个最优敏感区域和最佳飞行航线。

“之前的无人机观测任务主要是靠近台风并获取一些实时数据做分析评估，更偏向于科研。”探测中心基地室工程师、无人机观测团队成员刘振宇介绍，此次在最优敏感区域进行探空作业，获取台风观测敏感区大气垂直探测资料，再把这些资料应用于数值预报中心和广州热带所的预报模式，从而更好地应用于预报服务，这种“预报—观测—预报”的预报观测递进式互动模式，提升了模式对台风降水强度和路径预报的精准度。

由于台风观测敏感区的算法主要是通过未来6小时至12小时两个阶段敏感区相互叠加，对观测数据产品的实时效益有一定的要求。“我们在台风观测敏感区进行探空作业后，必须在6小时内将探测资料传输到应用部门，否则就达不到预报效果。”刘振宇说。对此，业务人员在数据链路应用方面进行了软件技术升级，对数据产品的算法升级，对数据质量控制进行优化，增加数据产品种类，实现高效、高速的数据传输模式。

9月2日夜间，“海燕”无人机从海南省琼海市博鳌国家级机动气象观测基地起飞，开展南海台风机动观测作业。 图片来源：中国气象局气象探测中心

合力齐飞 打造高效配合的业务模式

探测中心基地室无人机观测团队明确了高效观测的“三高”工作方针，即实现观测数据的质量高、业务运行的效率高、观测效果的效益高，实现观测与预报互动——多种观测手段之间、观测与预报服务之间同频共振、协调联动。

同时，团队提前组织完成无人机平台远距离转场、平台组装调试、机载载荷联调、飞行计划制定、资料传输方案制定、通信链路打通、资料用户应用培训等各项部署工作，打通机动观测—预报服务—应用评估实时互动业务链条，完成无人机平台检飞，确保无人机平台性能稳定。

按照“三高”工作方针，广州热带所负责提供对模式预报贡献值最大的台风观测敏感区资料，保证观测数据质量高；针对不同的数据业务应用部门，探测中心定向研发机动观测数据产品，使数据产品尽快在业务应用部门得到应用，保障业务高效运行；观测与预报深入互动的机动观测模式，提高了观测效益……

“打通机动观测—预报服务—应用评估实时互动业务链条非常难，因为涉及众多团队，需要到现场一一进行沟通和对接。”刘振宇说。

广州热带所负责研发台风观测敏感区的算法，确定观测区域、时间；无人机运维飞行团队确定飞机转场时间和到达时间；数值预报中心和中央气象台台风与海洋气象预报中心确定数据应用的产品需求和时间；中国气象局上海台风研究所确定数据应用格式；海南省气象局为机场气象预报服务、航向预报等提供气象保障……

“海燕”无人机飞行路线及下投探空仪的投点位。图片来源：中国气象局气象探测中心

9月2日，“海燕”无人机第一次在南海进行机动观测时，其背后来自全国各地的“护航者”面临的最大困难是互相磨合。经过协调沟通，在后续飞行任务中，各团队齐心协力、高效配合，大幅提升了工作效率，为南海台风机动观测业务运行的模式和框架勾勒出愈发清晰的轮廓。

10月19日，“海燕”无人机再次从博鳌机场起飞，在台风“三巴”主环流区投放探空仪，观测数据实时提供给海南省气象台和广州热带所等应用部门，完成了第四次“海燕”无人机南海台风飞行观测任务。未来，“海燕计划”还将在自身观测能力上进行探索和提升，打造综合、开放的机动观测平台系统。

（作者：于桐 安涛 责任编辑：苏杰西）