“雲帆號”風浪混合驅動無人船。海南日報全媒體記者 黃媛艷 攝

無人風帆航行器“信天翁”。（受訪者供圖）

近海試驗場海上測試平台。（受訪者供圖）

海南島屬熱帶季風海洋性氣候，易受到台風影響。預報是防台風的第一道關口，准確的台風預報對於減輕災害損失至關重要。

盡管台風“行蹤”不定，科研人員仍全力捕捉其軌跡。面對變幻莫測的台風，海南防台風工作正從被動防御轉向主動出擊。

今年，多項“黑科技”在我省投用：除了海洋無人風帆航行器與台風共舞，在文昌沿海，無人船在距離台風眼100海裡的位置“陪跑”﹔在三亞近海，一座近百米高的海上測試平台嚴陣以待……這些“黑科技”的加持，讓海南獲得了詳細的台風內部氣象變化、海洋、大氣動力過程等原位觀測數據，這些數據為深入研究台風內部結構、形成機理和演變規律提供重要依據。

A 黑科技1

“信天翁”：勇闖台風眼的無人帆船

“出生”尚不足月，第三代海洋無人風帆航行器“信天翁”便迎來嚴峻挑戰——今年第6號台風“韋帕”。7月20日，它從珠海赤頭灣碼頭自行駛出，無畏地沖向風暴中心。

“信天翁”為仿虎鯨造型，看著呆萌，卻練就了一身真本領——採用單帆驅動，可抗16級台風，搭載的多參數水質儀、流速剖面儀、測風激光雷達等設備可有效收集並知曉海洋、大氣的環境狀態。

沖著台風“韋帕”而去，“信天翁”獲取了大量的一手台風數據。“它完成了強風區域的持續觀測任務，目前我們正在抓緊分析收集來的相關數據。”7月23日，浙江大學海南研究院教授李培良透露。

早在一個月前，第二代海洋無人風帆航行器“信天翁”就已穿越今年第1號台風“蝴蝶”，實時採集台風觀測數據並成功回傳，為台風研究提供了珍貴的一手資料。

當時，重達300公斤的“信天翁”被李培良團隊從萬寧沿岸放下水。“剛‘出師’就遇到了意外情況。我們原計劃在台風軌跡路線‘等風來’，卻遭遇了台風提前抵達。只能嘗試從台風眼北面進入台風軌跡中，最后完成了穿越任務。”李培良說。

從被動等待到主動出擊，難度截然不同。科研團隊介紹，這意味著需要在最大風力超過30節的惡劣海況下，克服上下顛簸垂直10米高差的海浪。

“信天翁”能完成任務嗎？團隊成員李彥君當時心裡也沒底。“它的海上觀測數據是每15分鐘回傳一次，具有一定的滯后性。當我們在操控后台發現風向由東風變為西風時，就預感穿越成功了。”李彥君透露。

首次穿越告捷，讓熬了72小時的科研人員為之振奮。更讓他們激動的是“信天翁”傳回的台風關鍵數據。

“一次台風實測獲取的經驗遠超傳統一年海測。‘信天翁’成功穿越台風，相當於車企制造的車輛圓滿完成了汽車拉力賽，各方面性能都得到實測檢驗。”李培良感嘆道，整個觀測過程中，“信天翁”系統記錄了台風內部氣象變化、海洋動力過程等原位觀測數據。

據介紹，海洋無人風帆航行器“信天翁”歷時4年研制成功，通過風能驅動，既可長時間在台風、中尺度渦等復雜海洋環境中導航行駛，也可實現最深下潛1000米，具有很好的隱蔽性。它還集成了先進的智能控制系統和數據採集傳輸系統，能夠實現對海洋氣象要素的連續、精准監測，是我國自主研發的新型海洋探測裝備。

“‘信天翁’家族就是為應對惡劣環境而生。”李培良透露，“信天翁”兩次任務的順利開展，証明了最初設計理念、技術迭代路線的正確性，也標志著我國在海洋氣象探測領域邁出了堅實一步。

B 黑科技2

“雲帆號”：以風浪為動力的“藍精靈”

長期以來，我國台風數值預報效果提升備受台風外場觀測數據稀缺的掣肘，如今，這一現狀正在改變。

今年6月初，在“信天翁”下水前，一艘名為“雲帆號”的風浪混合驅動無人船從文昌出發，進行首次海試，目標同樣是台風“蝴蝶”。

這是一個完全依賴海洋環境能源驅動的水面無人移動監測平台：身上裝有太陽能板，船體起伏運動通過臍帶纜傳遞到水下牽引機，牽引機串列翼板將起伏運動轉化為持續向前的推力，船尾的風帆推進系統還可以同步為船體提供輔助推進力。船體表面立著四根白色的“顯眼包”，它們是可以監測海上風能信息的氣象站，也是能夠實現北斗通信和船舶控制的通信終端。

“雲帆號”無人船是上海交通大學海南研究院田新亮教授和王鵬博士課題組歷時十年的技術攻關成果。與傳統的水面移動監測平台波浪滑翔機等只能利用單一能源不同，“雲帆號”可綜合利用風能、波浪能和太陽能作為混合動力，因而可以確保其不依賴外部能源實現長達數月的海上自主航行。

下水之后，“雲帆號”並未急於追風。而是先完成持續3天的高精度原位保持任務，再沿著預設軌跡南下巡航，開始主動追逐台風路徑。

6月12日，“雲帆號”到達距離台風“蝴蝶”100海裡的位置，順利完成台風觀測任務。“監測過程中，‘雲帆號’循跡誤差小於50米，實時採集並反饋了台風中波浪、氣壓、溫度、風速、風向等關鍵氣象數據。”課題組科研人員趙啟偉介紹，“雲帆號”觀測到台風“蝴蝶”最大波高超過6米，最大風速超過30節，完整記錄了台風核心區域的氣象變化。

“‘雲帆號’為海南提供了一個自主航行的可持續監測平台，可為研究台風風場結構演變以及降水微物理特征提供豐富的一線數據，賦能台風活動機理和可預報性等前沿研究，推動台風監測精密、預報精准。”趙啟偉說。

C 黑科技3

近海試驗場：守望深海的“鋼鐵哨兵”

與主動出擊的“信天翁”“雲帆號”不同，一座近百米高的海上測試平台在三亞近海以靜制動，嚴陣以待。

這座以上海交通大學海南研究院為依托單位，由上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院海洋工程團隊負責建設的近海試驗場，佔海域面積300公頃，位於三亞崖州灣以南約20公裡處海域，於今年1月建成投用。

試驗場建設了一座總樁長97米的海上測試平台，按照50年一遇的極端海況進行設計。作為固定在海面的觀測平台，它搭載的風、浪、流、溫度、潮位等監測設備，可持續、精確、多層次地開展海洋信息的實時監測，為現代台風預報的准確性奠定基礎。

“海洋是台風的‘引擎室’，監測海洋就是監測這台引擎的運行狀態，是預報台風未來動向和威力的前提。”上海交通大學海南研究院工程師梁瓊文說，近海試驗場具備海洋環境長期原位監測、岸海實時通訊及遠程監控等能力，能夠將海上數據實時、不間斷傳輸至岸基測控中心。

據介紹，台風“蝴蝶”在經過三亞以南海域期間，台風中心距試驗場海上測試平台最近距離僅6公裡。

“試驗場准確測試獲得了台風從接近到脫離全過程的海洋氣象數據，成功捕捉強非線性波浪時歷過程。”梁瓊文透露，數據顯示，台風中心過境時，試驗場周邊海域呈現顯著極端環境效應，測得的有義波高（波浪統計的核心參數）超過6米，最大波高達12米以上，瞬時最大風速35米/秒，並記錄了強非線性波浪時歷。

這些寶貴的台風內部第一現場數據，為研究台風生成演化機理、破解台風路徑與強度預報難題提供重要數據支撐。遠在上海的相關科研團隊，正抓緊利用這些數據，分析台風從生成到消散全過程的風速、波浪等關鍵參數的變化趨勢，並建立長期海洋環境數據庫，力圖訓練優化台風預測模型和破解台風演化機理。

“信天翁”、“雲帆號”、海上測試平台，是海南台風監測投入的最新設備，它們幫助人們更加了解海洋、讀懂台風。

同步推進的海南省海洋災害綜合防治能力建設項目（以下簡稱海災項目）建成后，台風“蝴蝶”也是其迎來的首次“實戰”考驗。

海災項目整合高密度岸海空天觀測網、機動無人裝備體系、基本海洋數據傳輸網、海洋災害預報預警信息化系統等，力促海南從災害監測、分析研判、預警發布到應急響應和綜合決策的全鏈條、一體化能力躍升。

“每一次台風都是對新裝備、新系統、新體系在真實復雜災害場景下適應性、可靠性、穩定性的檢驗。”省海洋廳有關負責人表示，“海南將充分利用這些‘黑科技’的新能力，全面提升海洋災害的精准預報預警能力、多災種風險管控能力、高效決策指揮能力和協同應急響應能力，力爭科學、高效、有序防御台風等重大海洋災害。”（本報三亞8月4日電）

“雲帆號”風浪混合驅動無人船

歷時十年的技術攻關

與傳統的水面移動監測平台波浪滑翔機等不同

可綜合利用風能、波浪能和太陽能

作為混合動力

因而可以確保其不依賴外部能源

實現長達數月的海上自主航行

可為研究

台風風場結構演變

以及降水微物理特征

提供豐富的一線數據

海洋無人風帆航行器“信天翁”

歷時4年研制成功

通過風能驅動

既可長時間在台風、中尺度渦等

復雜海洋環境中導航行駛

也可實現最深下潛1000米

具有很好的隱蔽性

它還集成了先進的智能控制系統和數據採集傳輸系統

能夠實現對海洋氣象要素的連續、精准監測

是我國自主研發的新型海洋探測裝備

近海試驗場

佔海域面積300公頃

位於三亞崖州灣以南約20公裡處海域

試驗場建設了一座總樁長97米的海上測試平台

作為固定在海面的觀測平台

它搭載的風、浪、流、溫度、潮位等監測設備

可持續、精確、多層次地開展海洋信息的實時監測

為現代台風預報的准確性奠定基礎

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