中国海洋大学科技力量为冬奥会提供气象保障服务 “白匣子”提供“黑科技”

半岛全媒体记者潘立超

当冬奥会遇到大雪,多个比赛项目延期；2月14日天空放晴,大部分比赛恢复……半岛全媒体记者采访了解到,在北京冬奥会上,来自中国海洋大学的“白匣子”提供着“黑科技”,对多个赛场的天气情况进行监控,为组委会提供准确详实的气象数据,保障本届冬奥会比赛顺利进行。

赛场点位气象数据全覆盖

2月13日,北京、张家口的三个赛区降下大雪,有多个比赛宣布延期。14日,大部分因为大雪延期项目的比赛恢复进行。记者了解到,在本届冬奥会的多个赛场上,有一支来自青岛的科技力量对赛场天气状况进行监控,这就是中国海洋大学信息科学与工程学部海洋技术学院吴松华教授带领的激光雷达团队。

由于雪上项目对能见度、雪温、雪量、风速、气温等气象条件都有严格要求,北京冬奥会对于气象保障的要求是“一场一策,一项一策”,要在时间上精确到分钟级,在空间上精准到百米级。

以高山滑雪为例,选手沿高山赛道进行滑降和快速回转,赛时仅为一两分钟。比赛期间,运动员最高时速可达140公里,一旦赛场风速超过18米/秒,必须立即停止比赛。考虑到在赛场上每个点位相隔几米可能就会出现温度和风速各不相同的情况,因此就需要高科技来克服种种困难,吴松华团队的激光雷达技术就有了用武之地。

据记者了解,这台雷达差不多只有一个茶叶盒大小。

“传统的气象测量手段很难覆盖雪山赛道的整体和复杂地形,由于点位的限制,存在较大盲区。激光雷达可以提供一种覆盖整个雪山赛道的风场和湍流场的高时空分辨率数据,这对于气象保障至关重要。同时,这些数据也为气象部门提供数据支撑,保障雪上项目的顺利安全进行。”吴松华介绍。

开幕式前部署鸟巢测数据

2020年初,吴松华带领的激光雷达团队接到国家气象部门的委托,执行北京冬奥会三维风场激光雷达观测保障任务。其实,激光雷达团队不是第一次接到这样的重任了,他们已经为2008年北京奥运会、2010年广州亚运会等重大活动提供保障任务。

据介绍,激光雷达团队交付的设备,自2020年起就应用于全国冬运会等各项冬季赛事,在多地开展过相关的测试和服务。而且在雷达交付使用后,团队的工作并没有结束,工作人员还在持续提供数据分析和保障服务。

在北京冬奥会开幕式之前,团队交付的激光雷达被部署在国家体育场(鸟巢),对开幕式现场的气象条件开展长时间的连续前期观测,获取不同高度的高精度、高时空分辨率的风速风向数据,为开幕式举办时间段内的气象条件分析和预报提供历史观测数据,保障开幕式的顺利举办。

冬奥会比赛期间,团队交付的激光雷达将为在延庆赛区的国家高山滑雪中心进行高山滑雪分项提供气象保障,此外,团队部分工作人员持续进行远程激光雷达数据分析和保障服务。

据了解,在风速、降雪量或者能见度等要素的变化达到一定程度时,国际雪联会要求当地气象部门实时给出预报,在这些科技力量的保障下,高山滑雪赛场可对分布在不同海拔的赛道关键点做出有针对性预报,在现场要随时对天气进行预判。比赛是否延期,具体要看国际奥委会、单项联合会和裁判组的决定。

上山下海曾为“鲲龙”护航

记者从中国海洋大学了解到,这套激光雷达除了用于重大活动的气象保障之外,上山下海几乎无所不能。2020年7月,我国自主研制的大型灭火/水上救援水陆两栖飞机“鲲龙”AG600在青岛附近海域成功实现海上首飞。试验期间,中国海洋大学激光雷达课题组研制的多普勒激光雷达实现海面至高空范围内的风场信息观测及低空风切变预警,为“鲲龙”AG600的海上安全首飞做出重要贡献。

除了能上山,这套雷达系统还能下海,国内首套漂浮式激光雷达系统将高精度、高时空分辨率的多普勒激光雷达技术与浮标技术相结合,配合自主开发的姿态及速度校正算法,能够实现海面至350米高度范围内风速、风向数据的实时获取,有效替代成本高昂的海上固定式测风塔,实现海洋气象剖面参数的长时间连续观测。目前相关装备已在我国黄海、东海、南海等海域成功布放,推动我国海洋风电开发事业发展,提升海洋气象观测水平。

激光雷达对气溶胶、水汽、温度、风、水凝物五条廓线的探测,还将有助于提升我国在超大城市气象和环境领域科学研究水平和气象防灾减灾综合能力。中国海洋大学激光雷达实验室研制的激光雷达产品目前已广泛应用于我国“一带一路”激光雷达沙尘立体监测网的建设,在新疆昌吉、甘肃兰州等地的沙尘、大气污染及传输监测等领域中发挥了重要作用。

目前,这套激光雷达技术已经取得广泛应用,其实在起步阶段也遇到过不少困难。在设备研发初期,光电转换组件主要依靠国外进口,甚至连技术标准都要受制于国外。经过科研人员的不懈努力,团队实现了激光器、光电探测器、数据采集器等核心器件的自主设计和制造,大大降低了设备的生产成本,激光雷达团队一直秉持“创新引领,精益求精,勇于担当,科技报国”的理念,紧密围绕国家和行业重大需求,坚持自主技术创新和关键技术攻关,掌握了多项国际先进技术。

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