然而，这条鱼的反应却让李明感到有些意外。它并没有像其他鱼那样剧烈地挣扎，而是显得异常温顺，挣扎力度很小，甚至给人一种它似乎不太愿意逃脱的感觉。李明心中有些疑惑，但还是继续把鱼拉到了岸边。

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热带气旋海上不雅测时期的进展及瞻望

张 翰1, 2* 陈大可1,2,3 田 娣1 汤 杰4, 5 王岩峰6

1. 天然资源部 第二海洋接头所

2. 南边海洋科学与工程广东省实验室（珠海）

3. 上海交通大学 海洋学院

4. 中国征象局 上海台风接头所

5. 亚太台风接头中心

6. 天然资源部 第一海洋接头所

主要作家简介

张翰 博士，天然资源部第二海洋接头所接头员。主要从事海洋和热带气旋相互作用接头，包括热带气旋时间的海上现场不雅测、数值模拟、统计分析、东说念主工智能等方面接头。迄今发表学术论文70余篇，参与多项国度要点研发野心神志，主抓国度天然科学基金面上神志、后生科学基金神志等。获AOGS Kamide Lecture Award，海洋科学时期奖非常奖（排行3/15），浙江省省部下企功绩工会“名师高徒”称呼，任中国海洋学会东说念主工智能海洋学专科委员会委员。

摘 要

热带气旋时间海上现场不雅测数据严重缺少，是该领域科学意志和海气环境预测预告智商提高的瓶颈问题。本文简要敷陈了热带气旋时间海上锚定、纯真、“打消式”和遥感不雅测方法的特色和发展近况，指出连合不同不雅测方法的海上立体协同组网不雅测是改日的发展标的，其中纯真不雅测方法有很大的发展和应用空间。除开辟和仪器时期的检阅外，热带气旋预告、主见不雅测和最优不雅测假想、组网通信和及时组网诊疗等方面的时期需要进一步发展。平台和数据方面，针对热带气旋不雅测的平台开辟、开辟完善、多源数据交融、数据的高效诈欺和分享等均值得深入谋划。以往的不雅测呈当前刻和空间不贯穿的情况，有必要在热带气旋频发海域开展恒久的业务化不雅测等。

关节词：热带气旋；海上不雅测；仪器开辟；时期发展；海气相互作用；组网协同不雅测

当今，热带气旋时间海上不雅测数据严重缺少，已成为制约预警预测和防灾减灾智商的瓶颈问题［5, 6］。最初，热带气旋自身的不雅测仍然不及，这兑现了对其结构、强度和旅途等变化机制和预告智商的检阅。其次，热带气旋时间海气界面呈现海慈祥之间的飞沫状态，但由于海气界面的不雅测数据和不雅测智商不及，其中海气界限层的物感性质、界限层垂向结构、飞沫微表率过程、二氧化碳等气体通量、海盐气溶胶、动量和热量通量的时空散播和变化等均不啻境无际。再次，海洋和热带气旋的相互作用的高时空永别率不雅测仍较缺少，兑现了诸如热带气旋时间海洋中表率和亚中表率的变化偏激反馈过程的意志。此外，当今热带气旋前后表层海洋变化过程的不雅测较多，对于海洋里面、深海乃至海底的不雅测不及，导致对于热带气旋影响海洋里面、深海乃至海底的过程和机制意志不及。终末，热带气旋引起的海洋物理要素变化的不雅测较多，对于生物地球化学要素的不雅测仍然偏少。从海气协同的角度看，当今缺少热带气旋里面、海气界面和海洋里面同步的不雅测，制约了热带气旋时间海气耦合接头、模拟和预测预告的进取。从时空散播上看，不雅测常呈当前刻和空间不贯穿的情况，导致热带气旋对海洋低频过程的影响偏激反馈作用仍不啻境证明。

总之，针对热带气旋开展海上不雅测对提高海气相互作用和海洋环境变化的意志、进步热带气旋预告预警准确率和增强防灾减灾的智商有攻击的兴味［5］，本文拟总结和转头已有的热带气旋时间的海上不雅测技能偏激优劣，分析热带气旋不雅测的改日发展趋势，探讨热带气旋时间立体协同不雅测的可能性偏激要点和难点，总结索求了热带气旋时间海上现场不雅测的科常识题和关节时期（表1），拟为提高热带气旋时间的海上不雅测智商提供办法和提议。

1 热带气旋时间海上现场不雅测的主要方法

热带气旋时间海上现场不雅测的主要方法如图1所示，可分为锚定不雅测、纯真不雅测、“打消式”不雅测、遥感不雅测。接下来将对不同的不雅测方法进行先容。

图1 热带气旋时间海上不雅测默示图

1.1 锚定不雅测

热带气旋时间海洋和大气过程复杂多变，基于欧拉不雅点的空间固定但时刻贯穿的锚定不雅测是热带气旋时间海上不雅测的攻击构成部分，主要包括万般锚定浮标、潜标、海上固定站和海底定点不雅测等。锚定浮标、潜标和固定站可搭载仪器类型丰富，可不雅测要素种类多，包括海表征象要素、海气通量，以及海洋的物理和生物地球化学要素等［6］，是当今热带气旋时间海上现场不雅测数据的攻击泉源。值得指出的是，除特地布放的锚系外，固定站还包括海岛及石油平台等搭载的自动征象站和潮位不雅测等。连年来，学者们发现海底地震仪［7］、海底光缆［8］等定点不雅测中亦能拿获热带气旋引起的声学和水文信号等，有望成为热带气旋时间海上不雅测数据的另一攻击泉源。由于单个锚定站位只可获取单一水平位置上的海洋和大气信息，因而开展多个锚定不雅测站位的组网不雅测便显得尤为攻击。举例国度要点基础接头发展野心神志“表层海洋对台风的反映和调制机理接头”开展的南海北部锚系不雅测阵列［9, 10］捕捉到了多个热带气旋时间的海气数据，已泛泛被业界应用于科研和业求现实中。另一方面，有必要开展恒久（多年的）定点贯穿不雅测。在祛除站位的不雅测时刻较永劫，其学术接头和业务应用价值呈一定的指数级增长，然则由于抠门资本高和经费资助不贯穿等问题，此类锚定恒久不雅测仍然止境珍稀。总体而言，尽管当今锚系不雅测时期已发展相对熟习，但针对热带气旋布设和开展的锚定不雅测站位和不雅测阵列，非论是数目也曾不雅测时刻长度上，王人仍然很难知足科研和业务需求，有必要进一步谋划和统筹。

1.2 纯真不雅测

由于锚定不雅测资本较高且无法凭据需要（如热带气旋旅途变化等）及时诊疗位置，因而近些年来业界泛泛开发纯真不雅测技能。

热带气旋时间恶劣的海况使得传统的有东说念主船测难以进行，因而新式无东说念主开辟应时而生，包括水下滑翔机（Underwater Glider）、海潮滑翔器（Wave Glider）、无东说念主飞动器（Unmanned Surface Vehicle, USV）和无东说念主船（Unmanned Ship）等［6］。当今，水下滑翔机时期发展比拟熟习，已成为公共海洋不雅测系统的攻击构成部分，多个国度和地区亦已在西北太平洋、大泰西偏激边际海等地开展热带气旋前后包括浅水海岸过程、海洋中表层温盐变化、千里积物再悬浮、湍畅通量变化在内的海洋不雅测［11］。热带气旋个例不雅测扫尾披露，水下滑翔机能获取高时刻永别率的温盐信息，对提高热带气旋前后层结和剖面结构变化的意志有攻击的兴味［12, 13］。海潮滑翔器则泛泛应用于热带气旋时间的海气界面过程不雅测，包括海名义温、风、浪、流等［14, 15］，已用于接头热带气旋内核区的海气相互作用［14］、考据热带气旋海表风场模子的有用性［15］等。生效用于热带气旋不雅测的无东说念主飞动器包括好意思国开发的无东说念主帆船（Saildrone）［1, 16］以及我国开发的太阳能海上无东说念主飞动器（Solar-Powered USV）等［17］。连年国表里无东说念主船时期蕃昌发展，为开展热带气旋时间海上无东说念主不雅测提供了新的平台。当今国内野心开展基于无东说念主智能母船的，包括微型无东说念主船在内的多种无东说念主开辟布放（于热带气旋降临前）和回收（于热带气旋过后）的不雅测时期［18］。

除无东说念主海上开辟外，飞机不雅测是获取热带气旋里面而已的攻击技能［4, 19］。自20世纪以来，好意思国于太平洋和大泰西隔邻开展了恒久的有东说念主飞机不雅测，推进了热带气旋自身结构和变化机理的接头。然则，有东说念主飞机探伤资本高，也伴跟着较高的东说念主员伤一火风险，因而连年来无东说念主飞机的发展成为热带气旋不雅测的另一大趋势。举例，包括“公共鹰”在内的高空无东说念主机加强了对飓风高层“出流层”结构等的平直不雅测［20］，提高了对飓风结构影响强度变化的意志。我国亦已生效经受多种型号的大中微型无东说念主机开展了针对台风的探伤考试，网罗了大王人的不雅测数据［19］。除无东说念主机外，高空无东说念主艇也已渐渐应用至热带气旋的不雅测中来［21］。

1.3 “打消式”不雅测

锚定和纯真开辟会于不雅测兑现后回收，而另一类开辟在布放后不回收，称之为“打消式”不雅测，此类不雅测方法是热带气旋时间海上不雅测很好的补充。Argo剖面浮标当今已泛泛散播于海洋之中，已具备一定的数据界限和时空粉饰率，被泛泛应用于包括海洋和热带气旋相互作用在内的接头和业务化预测预告中［22］。传统的Argo浮标主要以温盐剖面不雅测为主，在热带气旋时间可进行高频加密不雅测［22］。连年来，搭载了一系列物理、生物与化学多传感器的生物地球化学剖面浮标（BGC-Argo浮标）还能获取海洋的叶绿素、有色可溶性有机物、融化氧、硝酸盐、颗粒物等相干要素［6, 22］，对于提高热带气旋时间的生物地球化学过程的意志有潜在兴味。除Argo浮标外，海面漂荡浮标（Drifter）、自动剖面浮标（Profiling Floats）、拉格朗日浮标（Lagrangian Floats）等［23］均不错通过飞机空投或者提前在热带气旋前部布放等方法构成一条线或一个阵列，开展热带气旋时间海气界面通量和表层海洋温盐要素等的贯穿不雅测。近期接头披露海面漂荡浮标的轨迹和海气界面不雅测可用于推算热带气旋时间的海气热通量和海表风场［24］等。由于海面漂荡浮标已形成一定的数据界限和时空粉饰率，故其应用价值值得进一步期待。

飞机投放下投式探空仪（Dropsonde）可获取一次性的大气垂向剖面而已［3,16］，而机载“打消式”温深计（Airborne eXpendable Bathy Thermograph, AXBT）、温盐深仪（Airborne eXpendable Conductivity Temperature Depth, AXCTD）和流速仪（Airborne eXpendable Current Profiler, AXCP）等可获取一次性的海洋垂向剖面而已［25］。好意思国国度海洋和大气处分局开展了恒久的下投式探空仪考试，我国的香港天文台则在南海北部进行了多年的下投式探空仪的考试。此外，我国还立异性地经受火箭弹投放下投式探空仪，相通未必获取台风不同位置的垂向结构廓线，且幸免了飞机投放的风险［26］。除下投式探空外，探空气球亦是较为经济的“打消式”探空技能，可于海上平台或飞动器上开展布放不雅测。

1.4 遥感不雅测

在资源有限的情况下锚定、纯真和“打消式”不雅测方法粉饰的范围有限，而遥感不雅测能获取大范围的大气和海面信息，因而是热带气旋不雅测中不成或缺的技能。当今遥感不雅测主要包括星基的卫星不雅测和岸基的雷达不雅测，主要用于热带气旋位置、强度、结构［27］以及海气界面过程的分析和预测等。卫星遥感不雅测包括海表高度计、合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）、散射计、降雨雷达、微波成像仪、光谱仪、发射计、激光雷达、云慈祥溶胶雷达等，不雅测的要素包括热带气旋风场、气和善海表水温、海表盐度、降雨、海表高度、云量、海名义波等。卫星而已已泛泛应用于业务和科研本色，包括热带气旋时间数值模拟、数据同化、数据集制作和机器学习［28］等。在近岸地区，卫星遥感经常存在不雅测准确率裁减或缺测的征象，而锚定、纯真和“打消式”不雅测也相对不及，因而沿岸或岛屿上的岸基遥感不雅测是很好的补充。岸基遥感不雅测包括多普勒雷达、地波雷达、偏振雷达、风廓线雷达、探空雷达等，为近海很是是登陆前热带气旋时间的海气景色监测提供贵重的数据。

由于暴风、暴雨和云的避讳等，热带气旋刚经逾期遥感不雅测经常有缺测或者偏差的征象。跟着卫星时期的提高，小卫星组网不雅测未必提供热带气旋中枢隔邻的大气和海洋景色，而经受低频微波遥感组网能穿透厚云和降水，获取热带气旋眼墙里面的数据［6］。除星载和岸基外，飞机、无东说念主机、高空无东说念主艇［21］或者无东说念主船载遥感不雅测是补充热带气旋时间遥感不雅测不及的一种可能的发展标的。

1.5 小结

详尽来看，不同不雅测方法各有自身的发展景色和特色。最初，锚定不雅测时期已较为熟习，迪士尼彩乐园3可获取海面到海底较永劫刻的数据，并已泛泛应用于海上惯例不雅测。不外锚定不雅测空间位置固定，其对热带气旋的不雅测有“守株缘木”的情形，常随同一定的气运因素。其次，纯真不雅测时期仍在发展中，其不雅测时长相对较短，后劲尚未被充分开发。纯真不雅测能主动凭据对象诊疗不雅测位置和频次等，相宜针对热带气旋这类征象的加密不雅测。再次，“打消式”不雅测方法种类较多，布放后的开辟有“顺水行舟”的特色，具有一定的不成控性。不外“打消式”不雅测资本相对较低，部分开辟已有一定的粉饰率、诈欺率和熟习度，适相助为其他不雅测方法的补充。终末，遥感不雅测空间粉饰范围大，当今也已被泛泛应用于科研和业求本色，且当时期亦在控制检阅，主要在于搭载平台的万般化、时空永别率的提高和不雅测要素的增加等。然则，遥感不雅测仅能获取大气和海表的景色，对于海洋里面的要素获取智商不及，同期在热带气旋这种高影响的天气时刻时间，遥感不雅测陆续出现缺测征象。上述不同类型海洋不雅测方法的所需开辟、特色及改日趋势总结见表2。

由于不同的不雅测方法各有其所长和颓势，比拟联想的是开展详尽协同不雅测。比如，在遥感不雅测粉饰的范围内，以锚定不雅测站位为基础、布放纯真和“打消式”开辟，并凭据热带气旋发生和发展情况诊疗纯真开辟。总之，连合遥感、锚定、纯真和“打消式”不雅测方法的针对热带气旋的海上立体协同不雅测，低资本、高效率、高永别率得获汲水文和征象数据是改日的一个趋势。

2 详尽协同不雅测的时期问题和体系开辟

2.1 热带气旋海上立体协同不雅测进展

如上所述，由于不同的不雅测方法各有优劣，因此有必要连合锚定、纯真、“打消式”和遥感等技能开展针对热带气旋的立体协同不雅测。2014年傍边，外洋太平洋台风影响海洋不雅测考试（Impact of Typhoons on the Ocean in the Pacific, ITOP）开展了连合卫星遥感、飞机不雅测、锚系、船测、自动浮标和漂荡浮标的针对台风的组网不雅测［29］。近期，好意思国国度海洋和大气处分局拟连合无东说念主机、水下滑翔机、无东说念主帆船、下投式探空仪、自动浮标、漂荡浮标等开展针对飓风的无东说念主纯真组网不雅测［16］。基于国度天然科学基金首要仪器神志“智能敏捷立体不雅测仪”，国内亦拟开展以智能母船为基础，连合无东说念主机、探空仪、微型无东说念主船、无东说念主浮标、无东说念主潜器、探空火箭的针对台风的海上无东说念主组网不雅测［18］，当今已针对2023年台风小犬开展小界限无东说念主组网不雅测［14］。总之，依赖无东说念主纯真开辟的海上立体协同不雅测时期有望获取低资本、高效率、高永别率的组网不雅测数据，为热带气旋时间海气相互作用、海洋能源环境变化科学融会冲突和防灾减灾等提供支抓。

2.2 热带气旋海上协同不雅测的时期问题

当今，针对热带气旋的海上不雅测正从以往守株缘木式的不雅测缓缓转向主动式的组网不雅测［16, 18］，因而许多时期性的问题应时而生。最初，天然当今热带气旋的旅途预告舛误在5天内较小，但在7~14天的蔓展期预告时刻内仍然较大［28］，因此非论是提前于海中布放开辟也曾布放后及时诊疗组网的位置，王人依赖热带气旋旅途预告准确率的进一步改善。其次，需要探求开辟的“本色不雅测”智商。举例，海面的开辟需要锻练其抗风波的智商，提前布放的开辟需要探求其续航智商，能否责任到热带气旋降临，纯真开辟则需要锻练其纯真性。当今的纯真开辟在水闲居朝上的清醒智商有限，从热带气旋发生到影响不雅测海域过程中纯真组网的诊疗智商仍然有限。再次，热带气旋的不雅测敏锐区和最优不雅测假想［2, 3］、海上开辟组网通信、多种海上开辟凭据热带气旋预告旅途及时诊疗组网的算法［30］等仍有很大的发展空间。终末，遥感不雅测方面，检阅遥感不雅测开辟和反演算法，提高热带气旋时间不雅测的粉饰率、准确率和有用率，奈何作念到与海上的锚系、纯真和“打消式”开辟的协同不雅测和交叉考据等问题值得进一步深入接头。

2.3 热带气旋海上不雅测体系的详尽开辟

跟着热带气旋的海上不雅测蕃昌发展，有必要从合座的层濒临其进行系统性的开辟。最初，不雅测存在重迭开辟和不系统的问题，因而需要科学有用谋划和假想并合理调配资源并实行，使得不雅测的要素类型和时空范围充分粉饰。比如不错参考大地征象站，在热带气旋较常发生和经过的海域谋划相对固定的惯例不雅测点，开展恒久不雅测，这会对意志海洋低频变化和热带气旋的关系、推进该领域的接头乃至海上预测预告智商的提高有深切的影响。其次，当今不雅测开辟和平台已有一定的发展，但开辟组件的国产化率仍需提高，很是是针对热带气旋这种高风速和高海况情形下的不雅测探头种类和不雅测准确率仍需提高。再次，跟着热带气旋时间海上不雅测方法渐渐呈现万般化趋势，奈何协同获取、存储和传输多源异构的不雅测数据，制订数据质地划定有野心和数据汇编面貌，并制作便于科学接头和业求本色的数据迫临是改日值得心扉的问题。需要指出的是，当今热带气旋时间的海上不雅测数据仍以过后取得为主，未必及时传输并输入预测预告模式模拟和数据同化的不雅测而已仍然有限。终末，当今热带气旋时间数据的诈欺率仍然较低，其效劳并未很好地开发，因而奈何制订在保险各方权力情况下切实有用的数据分享和使用机制，是值得深入念念考的问题。

3 总结和瞻望

热带气旋于海上产生和发展，显赫影响海洋和大气环境，陆续酿成沿海地区住户的生命和财产亏蚀。由于热带气旋时间海上现场不雅测难度较大，使得热带气旋自身、海气界面和海洋里面的不雅测均严重缺少，不仅制约了对热带气旋演变和海气相互作宅心志的提高，也制约了热带气旋前后预警预测智商的改善。

针对热带气旋的海上现场不雅测不错分为锚系、纯真、“打消式”和遥感不雅测等技能。其中锚系不雅测主要包括锚定浮标、潜标、海上固定站和海底定点不雅测等，其可搭载仪器的类型丰富、可不雅测要素种类多，能对指定位置开展永劫刻的不雅测，已被泛泛应用于获取热带气旋海气界面、海洋里面和海底的数据。纯真不雅测主要包括空中、海面和水下的有东说念主和无东说念主开辟，连年来以无东说念主纯真不雅测开辟为主要趋势。纯真不雅测灵活性相对高些，能在一定进度上补充锚定不雅测“守株缘木”方法的不及，具有一定的主动性，相宜针对热带气旋这类征象的加密不雅测。“打消式”不雅测在布放之后不回收，主要包括万般打消式的浮标、探空开辟和海上开辟等，其开辟种类和能不雅测的要素也较多，部分打消式开辟已被泛泛应用并有一定的数据界限。相对来说，“打消式”不雅测资本较低、适相助为其他不雅测方法的补充。遥感不雅测主要包括万般陆基和天基的主动和被迫雷达和其他遥感开辟，遥感不雅测能获取大范围的大气和海面信息，其粉饰范围广且已被泛泛应用于业务和科研本色。天然遥感不雅测仅能获取大气和海表的信息，较难感知海洋里面的情形，且在热带气旋时间存在准确率和缺测的问题，但仍不妨碍遥感不雅测看成热带气旋时间不雅测数据的主要泉源之一。

总体而言，锚系不雅测时期已熟习，无东说念主不雅测时期正蕃昌发展，“打消式”不雅测时期有发展空间，遥感不雅测时期仍在抓续进取。这些不雅测方法已较泛泛应用于热带气旋时间的海上现场不雅测。图2所示为海上协同组网不雅测的主要构成及近况瞻望。很是地，静止轨说念卫星和小卫星组网不雅测有一定的发展出路，无东说念主平台如无东说念主船、无东说念主飞动器、平流层飞艇等为热带气旋不雅测提供了新的念念路等。由于不同的不雅测技能布放、回收、抠门和获取数据的方法和资本不同，有必要连合这些不雅测技能开展针对热带气旋的海上立体协同不雅测。改日热带气旋时间的不雅测会更强调大气里面、海气界面、海洋里面和海底的同步不雅测数据的获取。改日，热带气旋时间的海上现场不雅测将从“守株缘木式”不雅测渐渐转向有一定自主性的主动组网不雅测。因此，热带气旋很是是旅途的预告智商、主见不雅测敏锐区确凿信和最优不雅测假想、海上开辟组网通信时期的发展、多种海上开辟及时组网诊疗等方面仍有很大的提高空间。从体系开辟上来看，有必要在热带气旋时常发生和经过的地区谋划恒久的不雅测，作念好不雅测平台和开辟的研发和完善，构建热带气旋前后多源不雅测数据的经受、质地划定和分享诈欺的过程体系等。

图2 热带气旋时间海上协同组网不雅测偏激近况和瞻望

总之，跟着不雅测时期的发展，海上不雅测开辟的洪水横流、不雅测技能日眉月异，相应的秩序开辟也渐渐完善，有望冲突诸如热带气旋这种极点天气和高海况之情形下现场不雅测的诸多瓶颈问题，提供更多种类和泉源的不雅测数据。但愿在可见的改日，通过科学、时期和处分等各方的勤苦缓缓改善热带气旋时间海上不雅测和数据不及的情况，推进海洋和热带气旋相互作用乃至海气相互作用领域时期、接头和业务智商的进步和学科发展等，亦为提高防灾减灾智商和公众办事智商作念出孝顺。

参考文件（略）

对于《中国科学基金》

《中国科学基金》（双月刊）是国度天然科学基金委员会把握、主持的详尽性学术期刊。主要宣传党和国度的科技主见政策、国度天然科学基金的发展战术和资助政策，报说念中国基础接头的最新进展，传播优秀立异后果，换取科学基金处分教授，发扬科学家精神，促进东说念主才培养，为撑抓国度基础接头战术决策，推进国度科技自立自立提供有劲保险。

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