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2019-08-08 15:33:38

水下滑翔機機器人改善颶風預報

颶風預報員用來預測風暴路徑的模型近年來變得更加準確,但它們在準確預測風暴強度方面仍然不是很好?,F在,由格魯吉亞斯凱達韋海洋學研究所的研究人員操作的水下滑翔機 是國家通過使用海洋機器人整合更多海洋數據來提高預測模型準確性的努力的一部分。

2018年颶風季節的兩次風暴提供了風暴強度可以迅速變化的例子。颶風佛羅倫薩預計將成為5級風暴,但在9月14日作為1級風暴登陸北卡羅來納州之前,她顯著減弱。另一方面,一個月后,颶風邁克爾從第1類增長到類別在短短兩天內發生5次風暴,于10月10日擊中佛羅里達州的狹長地帶。

颶風從加勒比海地區的溫暖海水以及美國東南部的墨西哥灣流域和淺水區(稱為南大西洋灣)捕獲熱量。這可能是發展風暴的巨大能量來源。熱量在海洋表面的海洋和大氣之間傳遞,但重要的是要了解地下熱量的數量。

收集有價值的信息

UGA Skidaway研究員凱瑟琳·愛德華茲說:“靠近水面的溫水靠近底部較冷的水,風和其他因素會使水混合,冷卻表面并限制大氣可用的熱量 。” “衛星數據可以很好地了解地表海洋溫暖的地方,但地下溫度場仍然是隱藏的。”

這就是自動水下航行器(也稱為滑翔機)可以收集有價值信息的地方?;铏C是魚雷形工藝品,可以裝載傳感器并在水下任務中發送以收集海洋學數據?;铏C測量溫度和鹽度,以及其他參數,因為它們在水中上下調整?;铏C配備有衛星電話,可以定期發射,在任務期間傳輸記錄的數據,持續數周至數月。

“這種與表面的定期溝通使我們能夠即時調整任務,并且在測量后的幾分鐘到幾小時內處理和共享數據,”Edwards說。“通過使用世界各地滑翔機運營商提供的數據網絡,美國海軍和其他海洋建模人員可以將這些數據納入其預測中,將地下熱量信息從下方注入颶風模型。”

2018年的颶風季為Edwards及其同事提供了一個偶然的機會來展示滑翔機數據的價值。愛德華茲在颶風佛羅倫薩之前部署了兩架滑翔機。一個是在北卡羅來納州海岸附近發射的,而另一個是在南卡羅來納州 - 喬治亞州線附近向南發射的?;铏C發現模型的海洋溫度預測顯著偏離目標。愛德華茲指出的圖表比較了美國和歐洲的海洋模型預測與佛羅倫薩登陸前兩天的實際溫度。

在風暴路徑的南側,模型預測海洋有一個溫暖,略帶新鮮的層,超過下面較冷,較咸的水,但滑翔機顯示水柱混合良好,整體,溫暖和新鮮比預期。在風暴的北側,模型預測了溫暖,混合良好的水,但是滑翔機在地表下方檢測到了明顯的溫度變化,在底部附近有一個更冷的層。然而,最令人驚訝的部分是水的分層程度。

不僅僅是一個獨特的視角

“滑翔機在模型中糾正了幾乎14攝氏度(約25華氏度)的誤差,”她說。“模型和數據在近地表一致,但不使用滑翔機數據的模型都會錯過下面較冷,較咸的層。當天結合滑翔機數據的模型是唯一能夠捕捉垂直模式的模型。“

滑翔機不僅可以提供獨特的海洋景觀,它們可以自行飛行,定期報告颶風之前,期間和之后的數據,使其成為了解風暴影響的有力工具。

“滑翔機數據正在實時使用,”愛德華茲說。“這些實時觀測可以改善我們現在的颶風預報,而不僅僅是在一年后發表的論文中。”

南佛羅里達大學的愛德華茲和合作者Chad Lembke于8月份在佛羅倫薩之前部署了第三架滑翔機,作為她為東南沿海海洋觀測區域協會運營的滑翔機觀測站的一部分。雖然它在佛羅倫薩登陸前大約一個多星期被恢復,但是滑翔機幫助定義了墨西哥灣流的邊緣,這是一個重要的海洋特征,模型很難做到正確。

準備迎接2019年的颶風季節

“所以滑翔機的數據可能已經改善了任何使用海洋模型并將滑翔機數據考慮在內的熱帶風暴預測,因為墨西哥灣流在我們地區非常重要,”愛德華茲說。

愛德華茲通過協會與其他機構的同事合作。他們一起制定了2019年颶風季的計劃。在國家海洋和大氣管理局撥款22萬美元的資助下 ,他們計劃在戰略位置預先安置一些滑翔機,以便在即將到來的風暴之前進行部署。

“滑翔機就像海洋的氣象氣球,”愛德華茲說。“想象一下,這類滑翔機觀測的常規網絡對于了解海洋和天氣以及它們如何相互作用有多么強大。”

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