时间：2021年9月

地点：南海北部西沙附近水域

设备：2条M80无人艇、4套抛弃式抛投浮标、2套气象站、2套ADCP、2套CTD

案例背景

海洋中绝大部分涡旋是非定常状态的，产生的位置和时间具备不固定性，因此传统的航次、定点锚系浮标、潜标阵列的现场观测存在偶然性，无法准确捕捉特殊海洋-大气过程的高时空分辨率信息。

本项目基于多智能体任务协同观测的快速接入组网算法，集成无人机、无人艇、波浪滑翔器等多智能体及机载船载海气观测设备为研究重点，实现面向海-气过程的快速机动组网观测的研究目标。 

组网观测方案示意图

解决方案

本项目同时结合多卫星传感器遥感观测和海气耦合数值预报模式提前规划暖涡、台风等过程，多智能体搭载各自的固定、抛弃式海气界面观测设备在示范区内按照科学任务进行组网。母船搭载无人艇、气象无人机及波浪滑翔器，航行至南海北部西沙附近水域，母船在暖涡中心下放两条无人艇，无人艇各自搭载两套抛投式浮标、小型气象站、ADCP及CTD分别向暖涡长轴两侧航行，对暖涡长轴方向进行断面观测；气象无人机及波浪滑翔器与无人艇同步开展海气界面组网观测。无人艇与母船、无人机、波浪滑翔器的数据实时同步回传至数据中心构建立体组网观测数据集。

测量作业

2020年9月14日，母船张謇号搭载M80B无人艇、波浪滑翔器、无人机等作业平台快速驶入暖涡中心区域，布放两条M80B无人艇，该无人艇各搭载2套抛投式浮标、小型气象站、ADCP及CTD分别向暖涡东部和西部自主行驶，途中遇碍航物进行自主避障，到达指定观测地点后自动抛投抛弃式浮标，操控中心通过北斗对无人艇基本信息进行监控，同时将无人艇搭载的ADCP、CTD、气象站观测数据通过通信链路实时传回母船操控中心进行数据处理、可视化展示及存储。同时母船在该区域投放波浪滑翔机对温盐流进行同步观测，并起飞一套多旋翼无人机进行大气观测。

作业母船-张謇号

母船布放无人艇入水

无人艇自主航行前往目标位置

无人艇观测航线规划图

母船回收无人艇

数据分析

本项目航次两条M80型无人船共进行两次暖涡观测任务，获取了ADCP、CTD、气象站多维度数据近6万组，证实了down-front wind强迫中尺度涡旋边缘混合层内三层结构的理论研究：

1)由风应力相关湍流主导的风驱动层；

2)由海表冷却维持的湍流主导的对流层；

3)由对称不稳定相关湍流主导的对称不稳定层。

案例结论

本项目中两条M80圆满完成了本次项目验收任务，数据精度高，为暖涡水平及垂向的结构构建提供了坚实的数据支撑。

相对于传统的定期航次与定点浮标、潜标阵列观测相比，快速机动组网观测对南海北部涡旋跟踪观测是具有基于过程发展的智能性和自适应性，对南海海气相互作用探索的必不可少的环节，非常有助于提高对南方灾害性天气过程形成机理的理解，提高预报、预警水平，对科学及军事领域具有重要意义。

快速机动组网观观测可以支撑对中尺度涡大小、分布、强度及其伴随的水体和能量输送以及内部变异的特征进行长期跟踪观测研究，从而回答冷/暖涡旋对海气界面通量和低层大气状态的影响范围，为解决科学问题提供了崭新的思路。