无人机群如何帮助我们免受龙卷风袭击

本周末，龙卷风席卷了美国中西部和南部的大部分地区。十余人丧生，破坏范围从德克萨斯州一直延伸到马里兰州。

龙卷风不仅因为威力巨大而危险，而且极难预测。平均而言，气象监测器只能提前 13 分钟通知我们躲避。但俄克拉荷马州立大学的机械工程师 Jamey Jacob 希望将预警时间延长至一小时或更长时间。他和他的团队正在开发坚固耐用的无人机，可以收集这些猛烈风暴的数据。

我们可以从数英里外看到飓风和暴风雪，而龙卷风形成得非常快，规模也较小。预测龙卷风需要非常详细地了解大气过程，而天气雷达无法提供这种分辨率。

雅各布设想，未来气象学家将无人机群飞入恶劣天气，测量整个风暴期间特定点的温度、气压和风速。这些信息被输入计算机模型，可以表明雷暴是否有可能演变成龙卷风。风暴追踪者可以从安全距离收集所有这些数据。

风暴追踪者目前使用一些传感器套件来收集风暴内部的数据，但这些工具是有限的。在风暴路径上投放的气象气球和 TOTO 传感器依靠机会来收集有用的数据。“一旦投放，它们就无法移动，因此会受到风暴不可预测性的影响，”Jacob 说。另一方面，无人驾驶飞行器 (UAV) 是可操纵的，可以更全面地观察风暴。

但是，如果无人机无法经受住风暴的考验，它们就无法提高预报准确率。雅各布的团队正在开发坚固耐用的无人机，可以抵御雨水、冰雹和高达每小时 120 英里的大风。这些装载传感器和摄像头的无人机由轻质坚固的复合材料制成，类似于凯夫拉防弹背心。

一个名为 MARIA（中气旋分析研究与调查飞机）的系统甚至可以释放投落探空仪——小型降落伞传感器，可以在降落时收集有关风暴垂直剖面的数据。其他系统成群飞行，一次收集多个数据点。

为了获得长期的龙卷风预测，我们还需要更好的龙卷风模型——因为龙卷风的形成仍然是一个神秘的过程。某些温度和风流模式在某些情况下可能会引发龙卷风，但并非总是如此。

美国国家海洋和大气管理局的风暴预测中心指出：“各种各样的天气模式都可能导致龙卷风，而且类似的天气模式通常可能根本不会产生恶劣天气。”

防风暴无人机可以让气象预报员以全新的视角观察风暴的发展，以更精细的尺度跟踪更多变量，从而提供有关某些系统为何会变成龙卷风而其他系统不会变成龙卷风的宝贵信息。这些改进的模型反过来会将无人机收集的数据转化为更准确的龙卷风警报。

目前，雅各布和他的团队仍在努力解决技术难题。他们的无人机通常无法在短时间内飞入暴风雨中——准备时间大约需要四个小时——但团队在野外作业时偶尔会遇到暴风雨，他们会利用这些机会来测试他们的无人机。其他时候，他们会遇到电脑崩溃、传感器校准错误或无人机飞行限制等问题，从而限制他们的数据收集。

“我们最终想要实现的就是这样的：当你观看天气频道时，他们会报告从无人机获得的数据，但没有人关心——这只是传来的数据。但我们距离这个目标还很遥远。”雅各布说道。