撰稿人：Lia ／ 責任編輯：Zaphyra
2023年8月28日，在大西洋颶風季的高峰期，美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）正部署其最先進的觀測兵力，向著海洋上最狂暴的氣旋中心推進。這支部隊的核心，並非傳統的載人船艦或偵察機，而是由三種尖端無人載具（Drones）構成的協同作戰矩陣。它們的任務目標，是深入人類儀器過去難以企及的區域—從海面下近一公里的深淵，到浪高堪比四層樓建築的洶湧海面，再到風速超過時速200英里的颶風之眼—以獲取解開颶風強度突變之謎的關鍵數據。這項整合性的科技部署，標誌著人類對極端天氣的觀測，正從被動的遠程遙測，邁向主動的、多維度的「現場」解析。
此觀測矩陣的第一層，來自水下。被稱為「滑翔者」（Glider）的魚雷狀無人潛航器，肩負著探測海洋「燃料庫」的重任。這些造價高達20萬美元的載具，能下潛至900米深處，沿途反覆測量海水的溫度、鹽度與含氧量。其核心目的，是找出那些能夠為颶風提供源源不絕能量的暖水層。颶風的威力，與其行經海域的熱含量（Ocean Heat Content）有直接關聯。滑翔者的數據，能幫助科學家精準定位這些「熱點」，並將資訊透過衛星即時傳回數據中心。它們猶如潛伏在深海的哨兵，為預測颶風是否會在接近陸地時急劇增強，提供了至關重要的海洋內部情報。
第二層觀測，在海氣交界的介面展開。由「帆船無人機」（Saildrone）組成的水面部隊，與水下滑翔者執行協同任務。這些長達23英尺、專為極端海況設計的無人帆船，利用風力航行，其搭載的太陽能板則為精密的感測器提供動力。它們負責捕捉海平面的即時動態，包括波高、風速、氣壓以及表層海水溫鹽度。當一層鹽度較低的淡水（如河口流出的水）覆蓋在溫暖的海洋表層時，會形成一個穩定的暖水層，不易與下方的冷水混合，這將極大地促進颶風強度的發展。帆船無人機的數據，與滑翔者的深海資料結合，構成了一幅完整的海洋垂直剖面圖，使科學家能更準確地評估颶風的潛在威脅。在2023年的颶風季，NOAA首次將這兩種無人載具進行大規模的協同部署。
第三層，也是最驚險的一層，來自天空。NOAA的「颶風獵人」（Hurricane Hunters）偵察機，在颶風上方投放特製的空中無人機，使其直接飛入風暴最猛烈的眼牆區域。2023年，NOAA啟用了包括「黑雨燕S0」（Black Swift S0）與「龍騎兵」（Dragoon）在內的新型無人機，它們配備了能夠測量垂直風速的新型探測儀。垂直風的數據，對於判斷風暴結構的穩定性、預測其能在巔峰強度維持多久至關重要。這些空中無人機所收集的溫度、濕度、氣壓與風場數據，被即時輸入超級電腦的預測模型中，旨在解決大氣科學中最困難的挑戰之一—颶風強度的精準預測。這三層無人機矩陣的整合運作，正為人類理解與應對極端天氣，提供前所未有的視角。
全文
Lia. Independent Media 台北報導
在大西洋的中心，一架無人機的攝影機傳回了令人屏息的畫面：灰色的巨浪堆疊成四層樓高的大廈，狂風以時速94英里（約151公里）的速度呼嘯而過。這裡，是四級颶風的邊緣，一個人類駕駛的載具絕不敢輕易涉足的禁區。然而，對於美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）而言，這片混亂的海洋，正是其最新科技部署的目的地。
2023年的颶風季，NOAA正以前所未有的決心與技術，向這些被稱為「怪物風暴」的自然巨獸，發起一場科學探索的攻勢。其核心武力，並非傳統的抗風船或高空偵察機，而是一個由三種不同功能的無人載具（Drones）所構成的立體觀測矩陣。它們分別從水下、水面與空中，對颶風進行一場前所未有的「解剖」，旨在破解長期困擾氣象學界的終極難題：颶風強度的預測。
潛入深藍，探測風暴的燃料庫
在NOAA的實驗室中，工程師們正在調試一種名為「滑翔者」（Glider）的無人潛航器。它外型酷似一枚魚雷，長約五英尺，重達150磅。根據搭載感測器的不同，其單價在17.5萬至20萬美元之間。這些載具，是深入探究颶風能量來源的先鋒。
颶風的生成與發展，本質上是一部巨大的熱力發動機，其燃料，便是海洋表層儲存的熱能。滑翔者的核心任務，就是在颶風可能行經的路徑上，進行地毯式的海洋環境探測。無人機駕駛員烏利塞斯・里韋羅（Ulises Rivero）解釋，滑翔者通常被設定下潛至900米的深度，每一次完整的下潛與上浮週期約需四小時，一天可執行六次潛水任務。在下潛過程中，其前端搭載的感測器—整合了溫度、電導率（用以推算鹽度）與深度（CTD）的探測儀，以及一個溶氧感測器—會持續記錄沿途的數據，繪製出精密的海洋溫鹽剖面圖。
當滑翔者完成一次潛水任務，短暫浮出水面時，它會透過衛星無線電波，將收集到的數據以及自身的GPS位置，傳送回陸地上的控制中心。在里韋羅的電腦螢幕上，滑翔者的潛水軌跡呈現出近乎完美的V型，這代表了任務的成功執行。這些從海洋深處傳回的數據，能幫助科學家精準定位那些異常溫暖的「暖渦」（Warm Eddies），這些暖水層如同隱藏在海面下的高能量燃料庫，一旦颶風經過，便會為其提供源源不絕的動能，導致其強度在短時間內急劇增強（Rapid Intensification）。
破浪前行，監視海氣交界的能量交換
在滑翔者於深海執行任務的同時，另一支無人部隊正在波濤洶湧的海面上與其協同作戰。這便是「帆船無人機」（Saildrone），一種專為在地球上最惡劣海況下生存而設計的自主水面載具。
這些無人帆船長23英尺，其最顯著的特徵是一支15英尺高的硬質翼帆，它能捕捉風能，為載具提供航行動力。船體上覆蓋的太陽能板，則為其搭載的各種科學儀器提供電力。帆船無人機的任務，是捕捉海氣交界處—這個颶風直接汲取能量的關鍵介面—的即時動態。它所搭載的感測器，能夠測量海表溫度、氣壓、波高、風速與風向，以及一個極其關鍵的參數：鹽度。
科學家古斯塔沃・戈尼（Gustavo Goni）的團隊解釋了鹽度的重要性。當一層鹽度較低、密度較輕的淡水（例如大型河流入海口附近的水域）覆蓋在溫暖的海洋表層時，它會像一個蓋子，阻止下方的冷水因風浪攪動而上翻。這使得表層的暖水被「鎖定」在海面，形成一個穩定的高溫層，為颶風提供了一個極易吸收的、完美的能量源。帆船無人機的觀測，能幫助科學家在地圖上標示出這些具有高風險的區域。
NOAA的戰略，是將帆船無人機部署在與水下滑翔者相同的觀測點。如此一來，科學家便能獲得從海面到水下近一公里深度的完整垂直數據鏈，全面掌握一片海域的總熱含量。2022年是這兩種無人載具首次被協同部署，而在2023年的颶風季，此一策略正被更大規模地應用。
直搗核心，挑戰風暴最狂暴的內心
當海洋的數據揭示了颶風的潛力後，最終的觀測任務，則交給了空中部隊。多年來，NOAA的P-3「獵戶座」等「颶風獵人」載人偵察機，一直在颶風外圍或其較平靜的風眼上方執行觀測任務。但風暴最核心、最狂暴的眼牆（Eyewall）區域，其時速可達200英里（約322公里）的湍流，對任何載人飛機而言都極度危險。
如今，空中無人機正在填補這個最後的觀測空白。這些無人機由「颶風獵人」母機在安全高度投放，隨後由地面站的科學家遠程遙控，像獵鷹一般滑翔，衝入風暴的核心。它們能夠極度貼近海面，有時距離僅不到100英尺，以測量颶風從海洋表面汲取能量的效率。
NOAA颶風研究部門主管雪莉・穆里洛（Shirley Murillo）表示，這些無人機提供的溫度、相對濕度、氣壓、風速與風向等數據，對於理解颶風的演變至關重要。這些即時數據，會被直接輸入超級電腦運行的預報模型中，以提升對風暴未來路徑與強度的預測準確性。
這是一項仍在不斷嘗試與修正的實驗性任務。去年，NOAA的一架「阿爾透斯600」（Altius 600）無人機，成功地在一個四級颶風的風眼中持續飛行了超過兩小時，傳回了寶貴的數據，但最終墜毀且未能回收。穆里洛坦言：「我們透過實驗來測試哪種無人機能在飛行中，於最佳時機提供最好的資訊。這是一個試錯的過程。」
在2023年的颶風季，NOAA啟用了一系列更強韌的新型無人機，包括「黑雨燕S0」（Black Swift S0）和「龍騎兵」（Dragoon）。它們搭載了一種能夠測量垂直風速的新型探測儀（probe）。垂直風速的數據，能幫助研究人員判斷風暴結構的垂直整合程度，進而預測它能夠在其最高強度維持多久。
颶風強度的預測，始終是大氣科學中一項極難攻克的挑戰。穆里洛將其形容為「一個需要解開的、由許多不同碎片組成的拼圖」。而NOAA的這套「海陸空」三位一體的無人機觀測矩陣，正是為了將這些來自不同層面、不同時間尺度的拼圖碎片，整合在一起。無論是來自海洋深處的熱能信號，還是海氣交界處的能量交換，抑或是大氣高層的結構動態—這些數據集，共同構成了理解和預測這些地球上最强大風暴的關鍵。
資料來源：
Reuters: 'A treasure trove of data': Ocean drones helping to forecast hurricanes
https://www.reuters.com/business/environment/treasure-trove-data-ocean-drones-helping-forecast-hurricanes-2023-08-16/
The Associated Press: Forecasters fear a hyperactive hurricane season. Drones and new satellites could help.
https://apnews.com/article/hurricane-season-noaa-drones-satellites-b62e49c124803d368097ac7335d214a1
The New York Times: Into the Storm: The Drones and Planes That Fly Into Hurricanes
https://www.nytimes.com/interactive/2023/08/25/science/hurricanes-drones-planes.html
The Guardian: Drones to fly into hurricanes to improve storm forecasts
https://www.theguardian.com/us-news/2023/aug/15/drones-hurricanes-forecasts-noaa
NOAA: NOAA, partners to fly dozens of autonomous instruments into 2023 hurricanes
https://www.noaa.gov/news-release/noaa-partners-to-fly-dozens-of-autonomous-instruments-into-2023-hurricanes
Scientific American: Uncrewed Ocean Vehicles and Aircraft Will Get Up Close and Personal with Hurricanes This Year
https://www.scientificamerican.com/article/uncrewed-ocean-vehicles-and-aircraft-will-get-up-close-and-personal-with-hurricanes-this-year/
Axios: Hurricane-hunting drones are getting a big upgrade
https://www.axios.com/2023/08/15/hurricane-drones-noaa-saildrone-gliders