《船载气象监测预报系统关键技术研究》

该项目属于海洋技术领域。

船载气象监测预报系统主要用于海洋气象环境观测预报、危险天气识别预警和海战场环境保气象障,是构成海洋环境立体监测网的重要装备,在保障船舶航行安全、海上飞行安全、防灾减灾、海洋科学研究、维护国家海洋权益等方面具有重要的社会意义和国防军事价值。

立项之初,中国船舶装备的船用气象设备观测参数少、测量精度低、运行可靠性差,没有天气预报和海上危险天气识别预警功能。船舶提供的海上气象信息资料,远远无法满足中国海洋立体监测网建设的需求。该项目在国家863计划支持下,瞄准船用气象装备“少、低、差”以及重要功能缺失的状况开展技术攻关,其成果的主要创新如下:

一、创立了船载中尺度海气浪耦合预报模式。针对海陆环境差异,突破了海气浪开放式计算框架,通过物理过程匹配、多模式双向耦合并行计算以及外网格多区域重叠分布结合内网格匹配船舶移动嵌套等关键技术,创立了适用于船舶移动平台的中尺度海气浪耦合数值预报模式,实现了海洋环境下多层次、多时效、多类型气象要素中尺度天气预报,为船舶安全航行提供了气象支持。

二、创立了基于雷达数据的船载雷暴云团识别预警模型。针对以往船舶无法识别雷暴危险天气的问题,突破了海杂波剔除、船载移动平台运动特征消除、三维雷暴体数学形态学修正识别、最大面积交叠与代价函数一体化的质心追踪预警等关键技术,创立了基于船载雷达数据的雷暴云团识别模型,有效解决雷暴云团虚假分裂或合并的定量识别,实现了船舶周边海域雷暴云团的识别预警。

三、创新开发了多种新型船用气象传感器,形成了船用气象监测装备团体标准。针对海陆气象环境差异和船舶移动平台的动态特性,突破测风传感器动态性能仿真优化、电容量与水气混合体积比映射建模、温湿度传感器温漂动态补偿等关键技术,研制了多种具有自主知识产权的船用气象要素传感器,制定了船用气象监测装备行业技术标准,引领了中国海洋气象监测技术发展。

该项目弥补了离岸状态下船舶移动平台气象预报和危险天气识别预警能力缺乏的现状,解决了船载气象传感器环境适应性问题。项目成果形成的船载气象监测预报系统已装备中国各类大型船舶,其中军船的市场占有率达到90%以上,并出口俄罗斯、伊朗、泰国、巴基斯坦等国家,累计销售额近二亿元。潘德炉院士认为:该项目成果“在海上航路规划、航行安全、海上飞行计划制定、飞机安全起降等方面发挥了不可替代的作用,提升了中国海洋船载气象监测预报行业的技术水平,对海洋气象装备行业的发展和海洋科学技术的进步具有积极的推动作用,引领了中国船载气象监测预报领域的行业发展。项目成果具有重要的社会意义和国防军事价值”。中国人民解放军海军辽宁舰认为该系统“提供的气象要素监测数据准确,天气预报结果与雷暴云团识别结果有效,为使命任务提供了可靠的气象保障”。

该项目获得团体标准1项,发明专利5项,实用新型专利7项,软件著作权1项。

该项目获得2017年度中国海洋工程咨询协会科学技术奖一等奖。

成果说明

项目成果已装备我国海军各类舰艇,如海军辽宁舰、052C型驱逐舰、052D型驱逐舰、054A型护卫舰、056型护卫舰、大型综合补给船、援潜救生船以及中小型军辅船,军品市场占有率达到85%以上。另外项目成果也在海监、海警、远洋测量船、综合海洋科学调查船领域得到了推广应用。 (1)海军辽宁舰应用情况: 船载气象监测预报系统为辽宁舰提供了多种气象要素实时准确的观测数据,有效的中尺度天气预报和海上雷暴云团识别信息,为航路规划和飞机起降提供了数据支持,为舰船航行安全发挥了重要作用,为使命任务提供了可靠的气象保障。

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