智能機器人取代氣象儀器，提供更及時的監測服務

【中國化工儀器網 行業動態】氣候環境的變化距離日常生活有多遠？2000年以前，「霧霾」還只是環境氣象學教科書上的一個名詞而已。雖然沙塵暴總在春天問候北方的城市，但防護林已經擋住了最可怕的部分。十幾年後的今天，環境已經成為城市居民最關心的事情之一。儀器監測得到的各項環境指標數據，從氣象站流向了智能手機的應用埠。面對需求變化，智能機器人開始取代傳統氣象儀器，以提供更及時的監測服務。

智能機器人取代氣象儀器，提供更及時的監測服務

相比人工取樣，田野機器人大大提高了工作效率

據「機器人中心」科技網站報道，隨著智能機器人的發展，環境監測進入熱門智能應用的隊伍。雖然最初機器人的監測範圍僅限於家庭房屋內部，但如今卻可以上天遁地，無所不「測」。

為測量土壤中一氧化二氮含量的變化，挪威大學生命科學學院的科學家們製作出一款名為「磁通」的田野機器人。它的外表純白，高度超過兩米，底盤上裝有三個輪子，在田野中行動時不會輕易陷入泥土。機器人上部為槓桿設計，橫在兩個支架上方的為機器大臂。大臂的頂部裝有移動天線和信號發射器等裝備，而大臂兩端則裝有兩個對稱的採樣器。

夜間活動時，採樣器能夠向下發出燈光，照亮採樣地表。機器人底盤中間的上方是進行化學分析的主機。分析結果出來後，會直接通過通信裝置上傳到電腦雲端，達到及時更新數據，並同步最新分析結果的目的。

與一氧化二氮相比，大眾媒體讓人們更熟悉二氧化碳對氣候變化的影響，然而一氧化二氮使全球變暖的效力，比二氧化碳高出約300倍。在土壤板結或大雨連綿的情況下，土壤無法很好地暴露在空氣中，此時其中的細菌等微生物就會使用氮氧化物取代氧化物進行呼吸，從而產生一氧化二氮。

拉斯·巴肯是挪威大學的微生物生態學家，他表示，為了測量出一片試驗田中一氧化二氮的排放量，必須要在這塊地上進行反覆不斷的測量。相比人工取樣，田野機器人大大提高了這項測量工作的效率。一塊土地原本需要27個小時的人工測量，「磁通」機器人只需一小時就能全部完成。

儀器與飛行器的結合，有助於了解氣候變化和解決氣象問題

除了基於地面檢測的機器人之外，雲端之上的機器人氣象監測也已成真。歷史上在19世紀末期就已經出現具有良好伸張率的氣象橡膠氣球。等到20世紀大氣科學爆發性發展時，氣象飛機和無線電探空儀都已是垂直探測大氣的成熟工具。

在此基礎之上，如今各國科學家們為監測大氣氣溶膠顆粒物的狀況，使用最新的飛行器搭載遠程感測器，用來檢測雲層何時會形成降水。這與使用能見度儀來測氣溶膠不同，後者外形如旗杆一樣，是只能被固定安裝在地面監測站內的氣象儀器。飛行器卻可以自由在雲層中穿梭往返，直到獲得各個氣象層的全部數據為止。

在歐洲，「大氣遙感初步培訓」簡稱ITaRS，就是一項旨在使用智能飛行器進行氣象探測的項目。該項目由歐盟的「瑪麗-居里行動組」創建，為德國科隆大學所主導，曾得到歐盟第七框架計劃EP7的技術與資金支持。EP7的時間跨度為2007至2013年，是歐盟投資最多的全球性科技開發計劃，也是世界上最大的重大科技合作計劃，總預算超過505億歐元。

在ITaRS項目中，諸如輻射線測定和激光雷達的相關儀器，在監測大氣成分和研究氣象動力學方面有著巨大的應用潛力。這類儀器與飛行器的結合，有助於了解氣候變化和解決氣象問題。而這些問題都是數值天氣預報和大氣污染領域的重要課題，甚至從更深層次來說，與軍事氣象都有著密切聯繫。

氣象研究正在逐步與機器人的智能系統相融合

地面的機器人的高效監測為研究者提供最新數據，而空中檢測技術精確度的提升又拓展了研究空間。風暴是如何形成的？需要怎樣的條件？不同維度和地域上空的雲層，需要怎樣的濕度、壓力和凝結核才可以形成降雨？這些研究都在逐步與機器人的智能系統相融合。

瑪麗亞·巴雷拉是ITaRS項目組的專家之一，她認為，現有大氣層模型中的一個主要不確定性在於，大氣層中雲層和氣溶膠膠質的相互作用方式。現有知識不足以回答雲層形成的細節問題。而ITaRS項目發明的飛行器技術不僅能夠增強科學家對大氣層運動的理解，還能幫助減少氣象預測模型中的不確定性，從而更好地理解氣候變化。研究者在得到大氣狀態的實時反饋後，通過模型計算就可以得到更精準的預測結果。

當然，專業化發展並不是環境監測機器人發展的唯一方向，可隨身攜帶的天氣監測設備也受到不少消費者的歡迎。比如美國「濕度實驗室」研究團隊推出的一款名為「天氣點」的手機配件，外形看上去像一把造型奇特的鑰匙，但卻能幫助用戶通過手機應用App及時了解所在地的環境狀況。

可以說，依託機器人硬體，智能系統的發展拉近了氣象環境與科學研究之間的距離，也拉近了環境問題與日常生活的距離。在人們通過各種埠獲得氣象環境數據，了解環境變化的同時，環境保護的重要性也將更加深入人心。

(原標題：為監測氣象環境 留下一雙「機器之眼」)