灵魂拷问：衣服都晒了吗？——气象无人机监测方案-感算商城

黄梅天来了啊，这湿漉漉的空气啊，让人恨不得天天抱着除湿机过日子。

黄梅天的雨，说来就来，下下停停，带伞也遭不住，回家衣服总是湿哒哒的。于是我们进入了一个永远干不了衣服的死循环：洗衣服-晾衣服-淋湿-再洗。

据水利部长江水利委员会最新消息，随着西太平洋副热带高压北抬，雨带也将逐渐北抬至长江中下游地区，从18日起，长江中下游地区自南向北进入梅雨期。

今年长江中下游入梅较常年同期略偏晚。据气象部门预测，长江流域上游及干流沿江有两次暴雨过程，并伴有短时强降水、雷暴大风等强对流天气，乌江、湘江、鄱阳湖流域北部、长江中下游沿江地区有大到暴雨、局地大暴雨。

这边也是再次提醒广大UU们，长江沿线将全线入梅，要注意防霉、防雨、防潮，该洗该晒的速速解决。（Or有烘干机的当我没说过）

黄梅天这样的天气不仅对地面上的我们造成了困扰，对天上的飞机来说，高湿条件下的雨雾天气一直以来都是需要额外关注的。上次提到了固定翼飞机针对恶劣环境提高安全性的手段

但众所周知，直升机的零部件可靠性是远远不如固定翼飞机的。伊朗前外长穆罕默德·贾瓦德·扎里夫也在失事之后第一时间谴责美国不顾国际法院的裁决，对伊朗实施飞机和飞机零部件的禁运措施。

伊朗前外长穆罕默德·贾瓦德·扎里夫

由此可见，只提高可靠性也不是万能。那么还有什么方法呢？提高预警能力。

古时候是“明知山有虎，偏向虎山行”，以显骁猛之姿。但时代变了啊，明知道局部区域气象条件不好，我为什么不能绕开呢？毕竟“知彼知己，百战不殆”，“能自保而全胜”才是兵家所谋大略也。因此提高预警能力无疑是另一种必要的解决方案。

我们就以对雾的监测为例，现阶段普遍的预警技术手段有：

01气象卫星

现代航空公司依赖全球气象卫星系统来监测和预测天气。这些卫星可以实时捕捉地球表面的气象状况，包括云层分布、风速风向等。

我国早在二十世纪七十年代就开始发展我国的气象卫星，截至2023年8月已发射了21颗气象卫星，其中9颗在轨运行，分别实现了极轨卫星和静止卫星的业务化运行，是继美国、俄罗斯之后第三个同时拥有极轨气象卫星和静止气象卫星的国家。

我国气象卫星在轨布局（2023）

但是！由于雾是小尺度局地现象，传统的人工、灯塔、探空和飞机观测的空间密度和观测的时间分辨率都不高，即便是近年来利用空基卫星遥感的低成本、高分辨率、监测面广等优势对大雾实施宏观、连续、动态的监测，目前要通过大雾在水汽云图上呈现白亮的特点来准确区分云、雾还尚有困难。

风云静止卫星监测到的成都区域大雾天气的遥感云图

02探空设备

气象气球作为探空设备的一种，具备不需要动力、廉价、便利等优点。一般是用橡胶或塑料等材料制成球皮，充以氢、氦等比空气轻的气体。由于它相对载重量大、飞行时间长、携带仪器（探空仪）姿态稳定，其升放过程受地域和气候因素影响相对较小，所以获取的观测数据资料精度高、用时短，是气象观测中不可替代的重要工具之一。

气球在充气后升空，能够上升到3万米高空。在此过程中，附着在气球上的无线电探空仪每隔一到两秒将温度、气压、湿度、风速和风向等数据传回地面的跟踪设备或卫星。

在此基础上中国气象局自主研发的新型北斗智能探空系统创新性提出了内外两个探空气球嵌套的模式，开展“上升-平漂-下降”三段式探空观测——即外气球携带探空仪上升探测、外气球爆炸后内气球继续携带探空仪在平流层平漂探测、平漂结束后由降落伞携带探空仪下降探测，三段探测均可获取有效资料。

气象气球示意图

但是！虽然气象气球可以在高空大气观测发挥巨大的作用，但在雾监测方面却存在明显的不足。

首先就是空间分辨率不足，受限于气球的活动轨迹，气球在垂直方向上上升速度较快，水平移动范围有限，无法提供大范围、细致的地面水平层数据。而雾的形成和分布通常集中在地面附近，具有很强的水平层特性，气象气球在这一层面上的分辨率明显不足。

其次雾的形成和消散可以在短时间内发生剧烈变化，气象气球的间歇性观测无法捕捉这些快速变化。

气象气球飞行轨迹示意图

03地面雷达

地面气象雷达是监测和预警强对流天气的主要工具，其工作原理是通过发射一系列脉冲电磁波，利用云雾、雨、雪等降水粒子对电磁波的散射、折射和衰减，通过构建雷达气象方程来测定降水的空间分布和铅直结构。

新一代多普勒天气雷达还可以利用物理学上的多普勒效应来测定降水粒子的径向运动速度，推断降水云体的移动速度、风场结构特征、垂直气流速度等。

地面雷达示意图

但是！基于雷达的工作原理，雷达对波束的质量有着很高的要求，从物理角度上来说虽然在标准大气情况下水平发出或以很小仰角发射出的雷达波束略微向下弯曲，但其曲率只有地球曲率的四分之一，随着距离的增加，最低仰角（0.5°）的波束中心高度随着距离增加而增加，在距离雷达230km处，0.5度仰角波束中心的高度为5.1km，降水系统或雷暴的下半部分探测不到，在345km处和460km处，其高度分别为10.0km和16.5km，此时雷暴波束从雷暴或降水系统顶上穿过。

在复杂地形条件下，反射波束中的地物杂波对基数据的准确性影响很大，如果地物杂波没能得到有效抑制，雷达基数据和导出的各类反射率、速度等也都会受到严重污染。恰好大雾多发地段大多都处在水汽充足、地势复杂的山区，这就给雷达探测带来了很大的挑战。

天气雷达波束展宽、地平线和显示区域

新思路

为了弥补上述传统气象设备在低空和复杂地形中动态监控能力缺失的问题，气象无人机看起来是一个可行的解决方案。

首先在低空观层面，无人机可以通过多阶段和多高度的飞行，实现对大气的立体观测。相比于卫星观测和地面观测，无人机可以在低空（约1000米以下）提供高分辨率的观测数据，填补了传统观测的盲区，丰富气象观测的空间尺度。

其次无人机可以实时获取高频率、高时空分辨率的气象观测数据，实现对气象现象的动态监测，捕捉到气象变化的瞬时特征，为瞬时性气象灾害的预警和应对提供重要依据。

气象无人机示意图

当然无人机能够如此精准地监测气象参数（温度、湿度、气压、风速和风向等），其核心就在于搭载了高性能的传感器。这些传感器是气象无人机的“眼睛”和“鼻子”，通过捕捉微小的环境变化，为我们提供准确的数据。那么，什么样的传感器才能满足气象无人机的需求呢？这就不得不提到IST的传感器产品了。

以湿度传感器为例——高精度、快速响应、耐用性、低功耗、体积小的特点使得气象无人机在复杂地形中飞行更加灵活，更能应对恶劣环境，更能提供高精度的测量数据。

IST湿度传感器的选择也是多样的，可以适配于不同监测场景：

- P14：适用绝大多数测量场景，并且可以实现高湿度测量。高湿度测量往往是电容式湿度传感器的测量难点，其原因在于高密度的水分子会使湿度电容的高分子薄膜充分吸水，由于薄膜通透性不佳，即便在环境湿度下降后传感器也无法快速脱水，致使读数被钳制在高位。这个过程就像戴口罩呼吸，口罩的内侧会逐渐累计过量的水分子以至于形成水滴。

IST通过先进工艺制造的薄膜结构具有极佳的“呼吸”能力，这使得电容内部的湿度水平可以快速同步环境湿度，实现准确稳定的湿度测量。

基于该种呼吸性极佳的高分子薄膜，P14系列还针对不同的封装方式，不同的响应速度，以及加热需求，推出了多种型号的湿度产品。