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2019-08-08 15:33:38

水下滑翔机机器人改善飓风预报

飓风预报员用来预测风暴路径的模型近年来变得更加准确,但它们在准确预测风暴强度方面仍然不是很好。现在,由格鲁吉亚斯凯达韦海洋学研究所的研究人员操作的水下滑翔机 是国家通过使用海洋机器人整合更多海洋数据来提高预测模型准确性的努力的一部分。

2018年飓风季节的两次风暴提供了风暴强度可以迅速变化的例子。飓风佛罗伦萨预计将成为5级风暴,但在9月14日作为1级风暴登陆北卡罗来纳州之前,她显着减弱。另一方面,一个月后,飓风迈克尔从第1类增长到类别在短短两天内发生5次风暴,于10月10日击中佛罗里达州的狭长地带。

飓风从加勒比海地区的温暖海水以及美国东南部的墨西哥湾流域和浅水区(称为南大西洋湾)捕获热量。这可能是发展风暴的巨大能量来源。热量在海洋表面的海洋和大气之间传递,但重要的是要了解地下热量的数量。

收集有价值的信息

UGA Skidaway研究员凯瑟琳·爱德华兹说:“靠近水面的温水靠近底部较冷的水,风和其他因素会使水混合,冷却表面并限制大气可用的热量 。” “卫星数据可以很好地了解地表海洋温暖的地方,但地下温度场仍然是隐藏的。”

这就是自动水下航行器(也称为滑翔机)可以收集有价值信息的地方。滑翔机是鱼雷形工艺品,可以装载传感器并在水下任务中发送以收集海洋学数据。滑翔机测量温度和盐度,以及其他参数,因为它们在水中上下调整。滑翔机配备有卫星电话,可以定期发射,在任务期间传输记录的数据,持续数周至数月。

“这种与表面的定期沟通使我们能够即时调整任务,并且在测量后的几分钟到几小时内处理和共享数据,”Edwards说。“通过使用世界各地滑翔机运营商提供的数据网络,美国海军和其他海洋建模人员可以将这些数据纳入其预测中,将地下热量信息从下方注入飓风模型。”

2018年的飓风季为Edwards及其同事提供了一个偶然的机会来展示滑翔机数据的价值。爱德华兹在飓风佛罗伦萨之前部署了两架滑翔机。一个是在北卡罗来纳州海岸附近发射的,而另一个是在南卡罗来纳州 - 乔治亚州线附近向南发射的。滑翔机发现模型的海洋温度预测显着偏离目标。爱德华兹指出的图表比较了美国和欧洲的海洋模型预测与佛罗伦萨登陆前两天的实际温度。

在风暴路径的南侧,模型预测海洋有一个温暖,略带新鲜的层,超过下面较冷,较咸的水,但滑翔机显示水柱混合良好,整体,温暖和新鲜比预期。在风暴的北侧,模型预测了温暖,混合良好的水,但是滑翔机在地表下方检测到了明显的温度变化,在底部附近有一个更冷的层。然而,最令人惊讶的部分是水的分层程度。

不仅仅是一个独特的视角

“滑翔机在模型中纠正了几乎14摄氏度(约25华氏度)的误差,”她说。“模型和数据在近地表一致,但不使用滑翔机数据的模型都会错过下面较冷,较咸的层。当天结合滑翔机数据的模型是唯一能够捕捉垂直模式的模型。“

滑翔机不仅可以提供独特的海洋景观,它们可以自行飞行,定期报告飓风之前,期间和之后的数据,使其成为了解风暴影响的有力工具。

“滑翔机数据正在实时使用,”爱德华兹说。“这些实时观测可以改善我们现在的飓风预报,而不仅仅是在一年后发表的论文中。”

南佛罗里达大学的爱德华兹和合作者Chad Lembke于8月份在佛罗伦萨之前部署了第三架滑翔机,作为她为东南沿海海洋观测区域协会运营的滑翔机观测站的一部分。虽然它在佛罗伦萨登陆前大约一个多星期被恢复,但是滑翔机帮助定义了墨西哥湾流的边缘,这是一个重要的海洋特征,模型很难做到正确。

准备迎接2019年的飓风季节

“所以滑翔机的数据可能已经改善了任何使用海洋模型并将滑翔机数据考虑在内的热带风暴预测,因为墨西哥湾流在我们地区非常重要,”爱德华兹说。

爱德华兹通过协会与其他机构的同事合作。他们一起制定了2019年飓风季的计划。在国家海洋和大气管理局拨款22万美元的资助下 ,他们计划在战略位置预先安置一些滑翔机,以便在即将到来的风暴之前进行部署。

“滑翔机就像海洋的气象气球,”爱德华兹说。“想象一下,这类滑翔机观测的常规网络对于了解海洋和天气以及它们如何相互作用有多么强大。”

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