首架收集数据的气象无人机将在美国发射

在美国和全球范围内，预测未来8到10天的天气是出了名的不可靠。这是因为数据出了名的不可靠。

这么远的时间听起来可能不是什么大问题，但对于那些依靠天气数据谋生的人来说却是如此，比如一个农民需要知道什么时候种植和收获，或者一个飞行员需要它来创建潜在的飞行计划。

但在更广泛的范围内，气象数据对于我们如何理解未来的气候变化至关重要，特别是科学家如何更好地了解地球正在经历的前所未有的飓风、野火、干旱和热浪。

美国气象数据中的一些差距仅仅是因为人口较少地区的气象监测站和基础设施之间有很大的距离，或者其他地区使用的仪器已经过时或损坏。

例如，位于美国马萨诸塞州查塔姆的国家气象局上层航空站在2021年4月停用了该地区唯一的气象气球发射点，因为它所在的悬崖受到严重侵蚀。这意味着那里没有收集到重要的数据，这影响了计算机建模和天气预报的准确性。

没有一个答案，但瑞士公司Meteomatics认为它可能有一个新的工具来帮助：气象无人机。它的无人机Meteodrone仍在等待政府批准，但当它获得批准时，它将成为美国第一架帮助收集重要天气数据的无人机。

什么是气象无人机？

气象无人机就是这样：专门为收集气象数据而设计的无人机。现在有一架在美国飞行的无人机全球鹰，但它的任务是观察飓风如何形成。

在泰雷兹公司的支持下，瑞士天气服务提供商Meteomatics研究的使用小型旋翼无人机来取代传统的天气预报工具，如气球探测和卫星、机载或地面遥感技术。
传统的天气预报工具和技术可能相对昂贵，提供有限的流动性，不能在恶劣条件下收集数据，而且有些是为特定的使用情况设计的。根据Meteomatics的说法，小型无人机不存在这些问题，并且可以通过直接和准确地测量预言变量来改善在行星边界层（PBL）内收集的信息。通过将现有的国家气象数据与自己的无人机数据测量汇总，Meteomatics可以提供非常精确的中低层大气测量。
随着两种不同的无人机Meteodrone MM-641和MM-670的开发，为业务应用提供了不同的特点和优势，Meteomatics已经建立了一个观测系统，能够测量温度、湿度、气压和风力的详细垂直剖面。这意味着该公司可以帮助确定恶劣天气形成的可能性，增强对大气条件的预测能力，如冰雹、结冰和雾的形成等等。此外，Meteomatics开发了Meteobase，这是一个防水和防雪的地面站，通过作为控制中心和无人机之间的通信元件，允许对Meteodrones进行现场支持。
作为ECOsystem（一个使ANSPs、航空公司和机场运营商能够计划、监测、管理和评估航空运营的平台）背后的公司，泰雷兹知道收集可靠的天气预报和准确的气象信息的重要性，因为雾、冻雨、雷暴、大风和温度下降会大大影响安全和生产力。天气的不确定性不仅影响无人机的操作，而且还可能影响许多其他行业和部门，从航空到可再生能源和运输。泰雷兹相信Meteomatics的解决方案可以帮助减少风险，提高安全性，并降低空中交通管理、雷达侦察以及铁路控制和信号优化方面的运营成本。
在成功证明了移动式Meteodrones对高分辨率本地雾和风暴预报质量的积极影响后，Meteomatics希望将目标放在8000米高空，解决更高的运行风速，并着手实现显示装置的国际化。在未来几个月，该公司将在瑞士东部部署几个自动Meteobase系统，进一步测试自动Meteodrone网络的协调性，并将新数据操作性地输入Meteomatics的高分辨率天气模型。
虽然无人机行业最主要的主题可能是测绘、检查、建筑和其他一些主题，但看到一些公司探索无人机如何在探索较少的行业（如气象学）中发挥作用总是很有趣。在过去的几年里，《商用无人机新闻》已经写了该领域的不同发展，如无人机气象风险管理框架，使用无人机群研究飓风，以及对野火进行气象分析。气象学为计量学研究领域增加了另一个层次。

Meteomatics公司的Meteodrone则不同。它飞到20000英尺（6096米）的地球大气层中，装载着小型气象仪器和传感器，测量温度、露点、相对湿度、风速和压力。它还具有一个机载相机，整个无人机还能抵御恶劣天气，如可能使螺旋桨和降落伞失速的冰。

数据在无人机飞行时被自动记录在机上，一旦无人机着陆，操作员可以将其下载到电脑上。然后在数据被处理后，可以通过国家气象局的合作伙伴进行传输。

为什么收集天气数据很重要？

除了爬上地球的低层大气，像Meteodrone这样的气象无人机可以更接近城市环境，以及近海地区。这意味着他们可以在这些地方获得最准确的数据，进行超本地预报。无人机还可以提供实时反馈，这使得预测更加精确。无人机还可以在夜间飞行，为第二天提供高度准确的天气预报数据。

如果没有这些数据，气象学家可以对所有类型的天气状况作出不准确的预测，包括雾和低云层到雷暴发展和风。

Meteodrone能做的一件特别令人兴奋的事情是探测冰，这通常是非常困难的。无人机机翼上的冰块堆积会阻碍飞机保持在高空的能力。这些数据将对航空业的公司，以及对气候变化的长期研究特别有帮助。

"Meteodrone在这里的好处是能够获得那些持续和频繁的剖面，特别是当你有有趣或重要的天气事件发生时，"Meteomatics的气象学家Brad Guay告诉《华盛顿邮报》。

即使无人机有大型Meteobases，它们仍然通过人类飞行员进行远程操作。而且它们仍然比标准的气象站和塔台更便携。

气象无人机还在哪里使用？

Meteodrone在美国的发射仍在等待政府批准，但预计将在今年秋天的某个时候进行。虽然这些将是在美国使用的第一个记录天气数据的气象无人机，但Meteodrones自2017年以来一直在瑞士使用。

目前有15个Meteodrone Meteobases在阿尔卑斯山收集数据。这些Meteobases作为无人机的 "家"它起飞、降落和电池充电的地方。它也是无人机飞行员和无人机之间的通信联系。

Meteomatics一直与联邦气象学和气候学办公室合作收集数据，为高分辨率的SWISS 1k天气模型提供信息。

什么是Meteodron-Enabled 地方性预测?

Swiss1K是Meteomatics的降尺度天气模型，分辨率为1公里，每天成功地为瑞士提供数次业务预报。这个模型的原理可以在全球任何地方应用。对于能源企业和水务公司来说，拥有这样的细化预报所带来的机会尤其明显，例如降雨的空间分辨率。

除了这种高度细化的本地预报，Meteomatics还能够摄取Meteodrones收集的气象数据，其好处已经在瑞士得到了广泛的证明，瑞士实际上是Meteomatics创新的国家试验台。一旦从Meteodrone获得数据，它们就可以直接进入中尺度模型，如MM5和WRF，而无需实施任何额外的前向观测操作。因此，我们使用WRF认可的数据格式，允许 "回收 "气球探测的所有现有数据同化程序。

根据具体的地形，Meteodrone收集的数据的影响半径可以是10到30英里，取决于任务的高度。现有的4d-nudging或4d-VAR程序也可用于将无人机数据添加到天气模型的初始状态中。

超本地化的Swiss1K模型也是机场运行预报所需要的，它在预报雾的形成和清除、结冰、雷暴和闪电方面有特别的技能。这方面的一个例子是最近在苏黎世机场完成的DETAF（无人机辅助终端机场预报）项目，在该项目中，独立验证证明了Meteodrone数据的价值以及将其同化到超本地天气模型中用于机场运营。

气象基地

自2016年开始运行的无人机飞行以来，每架Meteodrone都必须由一名飞行员控制。迈向全国性无人机运营的重要一步是开发了MeteoBase。MeteoBase允许同时对多达10个不同的无人机系统进行远程支持。它是无人机的 "家"，它从这里起飞，在这里降落，并为其电池充电。飞行员首次能够控制多架飞机同时飞行。2017年，MeteoBase的第一个原型被开发出来，并在真实条件下进行测试。在未来，由于每架飞机都不需要飞行员，天气数据将能够被更广泛地收集。