遇到强台风，人人都唯恐避之不及。但是要

获取观测数据，就必须接近台风。近日，我国研

发的海洋气象观测者-3（MWO-3）半潜式太阳

能气象探测无人艇迎风而上，成功穿过今年第 3

号台风“森拉克”中心，获取了台风发展过程中高

时间分辨率的洋面气象及海洋要素数据。据介

绍，这也是国际上首次利用太阳能无人艇主动探

测台风中心。

也许有人会问：我们发射了那么多气象卫

星，地面还有不少气象雷达，为什么还要用无人

艇来探测台风？这艘乘风破浪的无人艇具备哪

些优越的性能？在狂风暴雨中穿过台风中心，无

人艇收集到了哪些数据？为此，记者采访了相关

专家，就这些问题一一作出解释。

据了解，在陆地或岛屿上的天气雷达能够探

测周围 200公里以内的台风降水和风场，对于监

视近岸台风活动能够起到很好的助力。但雷达

探测不到海上远处的台风，也无法测量一些全面

反映台风特征的要素，比如中心气压、最大风速

和台风处海面水温等。为了提升台风预报精细

化水平，需要对台风位置、强度等进行准确分析，

气象观测人员需要派出“哨兵”到更远处监测。

相比雷达而言，卫星“站得高”“看得广”，相

应地监测范围也就更大。目前，卫星云图已经可

以帮助气象观测人员看到全部台风和热带风暴，

进而对其进行定位、定强。但同时，也正因为卫

星的观测位置太高，观测结果的清晰度有时难以

保障，尤其当台风上部被厚厚的卷云覆盖时，用

卫星云图给台风定位、定强的难度也会大大增

加，如果不能准确知道台风中心位置，气象观测

数值模式也无法准确描述台风涡旋结构，观测人

员就难以准确地跟踪和预报台风路径和强度的

变化，就会造成预报误差偏大。

“卫星观测作为一种遥感技术，事实上不能

直接测得我们气象预报和研究所需要的精准参

数，比如台风内部的气压、温度和气流分布等。”

无人艇项目首席科学家、中国科学院大气物理研

究所研究员陈洪滨告诉科技日报记者。

台风中心气压直接决定台风强度和台风的

极大风速，一般来说，台风中心气压愈低，在台风

范围内气压梯度越大，风也就越猛烈；如果能够

获得台风内部风力、温度场和湿度场等各项探测

数据，就可以大大提高数值预报的精度。因此，

直接探测台风中心的海面气压、风场等要素，对

台风准确预报预警至关重要。

当前，有一些台风监测和预报机构利用有人

和无人驾驶飞机，飞到台风某些部位上空，下投

带降落伞的气象探空仪，测得的温度、气压、湿

度、风速和风向廓线资料等，显著提高了台风路

径预报的精度。

专家告诉记者，对台风演变规律的研究和数值

预报精度的提高，需要卫星遥感、岸基雷达、飞机和

海面监测装置的立体全面探测。以往在海面实地监

测台风，都是使用浮标，如今无人艇的加入为台风监

测提供了更大助力。在这次海上观测试验中，

MWO-3为中国气象局提供了时间分辨率高达1分

钟的实时观测数据，并对台风过境时海面各要素的

详细变化过程进行了监测。在航行观测过程中，无

人艇能够机动应变，获取最优位置的实时观测数据，

相比传统的海洋浮标观测，具有独特的优势。

“看清”台风内部可大幅提高观测精度

共享科学 GONG XIANG KE XUE4

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■责编 梁彦晓 2020 年 8 月 27 日 星期四

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本报记者 陆成宽

据专家介绍，想要经得住台风中大风大浪的

考验，无人艇的随浪性要好，或者说自扶正能力

要强，这样才不至于在风浪中“翻船”。

MWO 系列半潜式太阳能气象探测无人艇

采用双体筒来保证稳定性，也就是在甲板下联接

两个同型体的浮筒，可在水面上提供更大浮力。

特殊结构设计造就风浪中的不倒翁

据介绍，MWO-3 搭载了自动气象站、太阳

辐射表、海面水温和盐度传感器以及波浪仪等观

测装置，可获取的数据有海面气压、气温、湿度、

风速风向、太阳辐射、海面水温和盐度以及波浪

参数等，并能够利用我国北斗卫星的通讯功能，

每分钟回传一组数据。

MWO-3 在 本 次 试 验 中 获 取 的 观 测 资

料，被第一时间发送到中央气象台台风与海

洋气象预报中心，为台风预报、预警发挥了重

要 作 用 。“ 当 时 附 近 没 有 其 他 观 测 资 料 ，

MWO-3 的 实 时 资 料 非 常 珍 贵 ，离 低 压 中 心

较 近 ，非 常 有 利 于 我 们 确 定 低 压 中 心 的 位

置。”中央气象台台风与海洋气象预报中心主

任钱传海评价道。

此外，研究人员还将这次海上试验包括穿过

台风所获得的数据，与有关研究单位进行了共

享，以开展深度的质量控制，比如观测到的强风

浪和下雨条件下湿度数据，将在通过可靠性验证

后，进一步应用于数值模拟和一些卫星遥感产品

验证等研究。

记者了解到，MWO 系列半潜式太阳能气象

探测无人艇还能用于监测海上大风和大雾等天

气，加载其他传感器或设备后，还可以用于采集

其他海洋研究所需的数据，例如加载二氧化碳传

感器后，可以对海水中二氧化碳含量进行测定，

进而帮助研究人员了解海水质量。

研究人员介绍说，无人艇的最大优势是其航

行机动性。无人艇具有的超强抗风浪能力，使其

能够在恶劣环境下获得台风海面气压、温度和风

速风向、海水表层温度盐度以及浪高等实时数

据，这些为台风数值预报和后续机理研究提供了

十分宝贵的资料。

“通过为期两周的长航时观测试验和穿越台

风的经历，我们对 MWO 系列半潜式太阳能气象

探测无人艇的先进性和实用性更有信心。但对

于广阔海洋的气象和环境监测，派出两三艘无人

艇是远远不够的。”陈洪滨说，未来期望能够像陆

地上的台站观测网那样，采用无人艇、浮标和海

面穿浪器等各种观测手段，在海上组网综合观

测，进而早日进入业务实用阶段，为海洋气象和

环境预报提供更多更好的资料，更好地服务海上

安全和资源利用。

多种观测手段组建海上综合观测网

新知

科技日报讯 （王筱骄 记者王春）像人类一样，植物也需要面

对来自周围的各种威胁，会受到病毒和细菌的攻击。在长期进化

过程中，植物已形成一系列复杂且巧妙的机制来感知来自病原体

的威胁，并产生相应的防御反应，从而阻止或消除病原体的入侵。

那么，植物是如何感知这些攻击呢？研究人员发现，植物能够

通过细胞膜发现潜在攻击者，并发出“警报”。这些“警报”会传递

给进行光合作用的叶绿体，最终到达存储遗传物质的细胞核，调节

植物抗病基因表达。

近日，记者从中国科学院分子植物科学卓越创新中心上海植

物逆境生物学研究中心获悉，该中心西班牙籍专家罗莎·洛萨诺·杜兰研究团队 8月 24日在国际著名学术期刊《细胞》上发表了一项

研究，揭示了一条连接细胞膜和叶绿体的重要信号传递途径。

据介绍，植物细胞表面的细胞膜能够将细胞内部与外部环境

相隔离，而细胞膜外侧是潜在病原体接触的场所。植物首先通过

细胞膜感知特定分子发现病原体的存在，并发出“警报”信号，这些

“警报”信号再传递到细胞内部，到达包括叶绿体在内的不同细胞

区室，“警告”叶绿体威胁的存在，紧接着，叶绿体通过“逆行信号传

递”过程将这些信息传递至细胞核，从而调节植物抗病基因表达，

激活防御以对抗入侵者。

在此基础上，该研究团队还发现，植物病原体及其宿主植物长

期处于类似“军备竞赛”的共同进化中，病原体可以“劫持”这种在

植物细胞内部传递信息的途径。一些来自植物病毒和病原细菌的

蛋白质可以与细胞膜结合并进入叶绿体内部，然后这些病原体蛋

白会破坏叶绿体与细胞核之间的通讯，从而阻碍植物防御反应的

激活，反过来帮助病原体生存和繁殖。

目前，研究发现不同的病原体均进化出了相似的策略来利用

植物的这种信号传递过程，证明了这条连接细胞膜和叶绿体的信

号传递途径在植物与微生物相互作用中起着核心作用。

该研究团队表示，后续还将继续探索“信息”在细胞内传递

的过程，以期在没有病原体存在的情况下，通过提高植物对病原

体的防御能力，达到改善植物健康状况和不影响植物生长的双

重目的。

当植物受到病原体攻击

细胞膜到细胞核会一路拉“警报”

科技日报讯（记者瞿剑）记者近日从中国农业科学院（以下简

称“中国农科院”）了解到，该院植物保护研究所“转基因作物安全

评价与管理”团队，揭示了水稻害虫褐飞虱借助二化螟诱导的水稻

挥发物、规避农业有益昆虫稻虱缨小蜂对其卵寄生的生态和生化

机制，为理解“虫害诱导植物挥发物”调控昆虫种群生态功能提供

了新的视角。相关研究成果新近在线发表于生物科学期刊《生命》

（《eLife》）上。

据中国农科院植物保护研究所研究员李云河介绍，在植

物 —昆虫的长期协同进化过程中，一些害虫诱导的植物挥发

物，会被以植物活体为食的昆虫加以利用，从而提高这些昆虫

自身的存活率和繁殖率。该团队在前期研究中，明确了褐飞虱

对二化螟为害的稻株具有显著的取食和产卵偏爱性，但当时的

研究并未明确这种偏爱行为的内在驱动力究竟是什么。

研究人员推测，褐飞虱偏爱与二化螟共享寄主植物，可能与逃

避天敌有关。基于这一假设，该团队进一步研究发现：褐飞虱单独

为害水稻时，所诱导的水稻挥发物对稻虱缨小蜂具有显著的引诱

作用，而二化螟为害水稻时，所诱导的水稻挥发物对稻虱缨小蜂具

有显著的排斥作用；当褐飞虱与二化螟共享寄主水稻时，水稻产生

的挥发物对稻虱缨小蜂的引诱作用会显著降低，甚至逆转为排斥

作用。温室和田间试验证实，褐飞虱与二化螟共享寄主水稻后，缨

小蜂对该水稻上褐飞虱卵的寄生率最高会下降 80%。

由此，研究人员得出结论，二化螟为害稻株所释放的挥发物，

对稻虱缨小蜂有显著的排斥作用，而褐飞虱正是利用这一特点，选

择与二化螟共栖在同一寄主植株上，以逃避其天敌稻虱缨小蜂。

该研究被《生命》期刊遴选为 Top15%论文，并邀请领域内知

名专家深入解读了该研究成果在植物—昆虫协同进化方面的理论

价值及其在害虫防控方面的实践意义。

为活命，害虫也会“拉帮结派”

病毒和细菌的效应蛋白挟持植物中细胞膜到叶绿体的抗病信号途径，以抑制植物免疫。 受访者供图

秋天到了，公园里的向日葵也将要迎来最佳

的赏花季节。

我们大多数人从小就听说过，向日葵的花盘

是向着太阳转的——这一点就像它会结出瓜子一

样，似乎是毋庸置疑的常识。

然而，在日常生活中或一些摄影作品里，有人

会发现，似乎并不是所有向日葵都时刻朝向太阳，

有时个别“特立独行”的向日葵还会背对着太阳，

甚至还有可能一整片向日葵都把“头”转过去，仿

佛在跟太阳“闹脾气”。

那么，究竟为什么这些向日葵要背对太阳

呢？难道小学课本里讲的向日葵花盘会向着太阳

转动是骗人的吗？

向阳是植物激素调节的结果

要想了解这些“特立独行”的向日葵为什么会

出现不向阳的情况，我们首先要弄清楚向日葵花

盘为什么会随着太阳转动。

早在 18 世纪末，科学家就针对这个问题进行

了研究。植物学家通过相关实验发现，向日葵花

盘之所以会跟着太阳转动，主要是因为其体内所

具备的两种物质——生长素和叶黄氧化素。

其中，生长素分布在向日葵花盘下面的茎部，

它主要的作用是刺激向日葵的植物细胞快速分

裂、繁殖，进而促进向日葵的生长发育。

但同时，生长素本身具有畏光的特点，它的作

用会受到光的抑制，所以向日葵花盘下的茎部背

光的那侧，细胞纵向伸长的速度得更快。向光和

背光的两面生长速度出现偏差，向日葵的茎端就

会出现向阳面弯曲的现象，使得花盘向太阳倾斜。

而另一种成分——叶黄氧化素的作用却恰恰

相反，它能抑制植物细胞生长，并且它本身是喜光

的，光照会增强它的活性。因此，叶黄氧化素会在

向日葵向阳的一面累积，这也会导致向日葵的茎

产生向太阳方向的弯曲。

随着太阳的移动，光照的方向改变，生长素与

叶黄氧化素的活性也在不断变化，这使得向日葵

顶端的花盘不断改变方向，当中午到来时，向日葵

是直立的，到下午时它的茎又向西弯曲。

不过，植物学家测量后发现，向日葵的花盘对

太阳并非实时跟随，落后角度约 12度，即运转时间

相差 48分钟。

太阳下山以后，随着夜幕降临，光照的影响慢

慢地消失殆尽，于是向日葵体内的生长素和叶黄

氧化素又会重新分布，花盘也会渐渐地往回转动，

弯曲的枝干又重新变得直立起来。

根据研究人员的观测结果显示，通常在凌晨 3

点钟左右，向日葵就会转回东方，以便等到下一次

日出时能及时接受阳光的照射，进行新一天的光

合作用。

不再向阳是长大成熟的表现

那么，为什么有的向日葵不再表现出随光而

动呢？是因为没有受到这两种物质的影响吗？

或许有人已经猜到了，对一朵向日葵来说，从

花蕊和花朵开始生长一直到花朵盛开的这段时

间，它的花盘确实是围着太阳转的。

但当向日葵开始授粉、结籽以后，它的茎秆逐

渐老化，体内的生长素和叶黄氧化素会越来越少，

所产生的影响也越来越小，于是向日葵的花盘随

太阳摆动的幅度也开始不断减小，直到几乎不再

发生任何转动。

在这一阶段，向日葵的花盘趋于成熟，果实的

重量增加，这时候花盘的朝向更多地是受到地心

引力的影响，因此我们会看到成熟的向日葵总是

垂着头的。

成年的向日葵往往会固定朝向东南方，这是因

为面朝东南方可以接受清晨的阳光，有利于烘干夜

晚累积在花盘上的露水，减少受霉菌侵染的可能

性，同时适当提升花盘的温度，吸引传粉的昆虫。

此外，向日葵的花粉害怕高温，如果温度高于

30摄氏度，就会被灼伤，面朝东南方可以有效地让

花粉避免正午时强烈的阳光直射。

总的来说，向日葵会向阳转动是出于生长的

需要，而不再向阳则是它们长大成熟的表现。

其实，这种由于体内激素分布所带来的向光

性并非是向日葵的专利，许多植物在生长期都会

受到激素的“操控”。

例如，在一项关于豌豆幼苗的生长实验中人

们发现，通过人工改变光照方向后，豌豆的幼苗也

会随之不断改变生长方向，甚至不惜将身体扭成

麻花状。

既然有一部分植物在生长期都具有这一特点，

为什么人们单单强调向日葵的向光性呢？这或许

与它大而圆、金灿灿的花盘有关吧。

（据微信公众号“数字北京科学中心”）

不是所有向日葵都向阳，你知道为什么吗

视觉中国供图视觉中国供图

除此之外，这种设计还赋予了无人艇半潜功能，

即当风大浪高时，无人艇可以自动或远程控制浮

筒的进水量，从而使整个艇体和支架部分沉入水

中。由于重心下降，整个系统的稳定性有了明显

增强，很难出现倾翻的现象。此外，虽然舰体沉

入水中但是气象传感器却可以浮在水面之上，仍

然可以正常工作，传感器上的北斗卫星天线也可

以 接 收 指 令 和 发 出 数 据 。 这 种 功 能 设 计 是

MWO 系列半潜式太阳能气象探测无人艇的一

大亮点。

8月初，今年的第 3号台风“森拉克”来袭时，

MWO-3 在风浪中展示了其良好的机动性、强

抗风浪、自动探测和实时数据传输等特点，优越

的探测能力得到了验证。

除此之外，MWO 系列半潜式太阳能气象探

测无人艇的另一大特点就是利用太阳能作为重

要的动力源。使用太阳能，一方面清洁无污染，

另一方面还能够保证无人艇可以长时间航行。

“我们的无人艇设计要求是保证海上半年的观测

运行。尤其是在连阴雨天气时，依然要保证气象

探测和定位数据可以连续地传回地面中心站。”

陈洪滨说。

无人艇在正式开展台风探测之前，研究人员

会对其进行全面测试，尽可能保证无人艇各项性

能的可靠性，尤其是内外管线的防水性和无人艇

的主动避障能力。在本次探测台风前，两艘无人

艇在海南省琼海市潭门中心渔港内连续测试运

行近一个月，于 7 月 22 日才正式出海，参加中国

气象局气象探测中心组织开展的“海燕计划”试

验，在海南省陵水黎族自治县以东约 120公里的

洋面上进行连续航行观测。

8 月 1 日，研究人员根据卫星云图分析对航

行路线做了规划，主动接近台风中心，并观测到

第 3 号台风“森拉克”从热带低压快速演变为台

风的过程，为台风预报专家及时提供了台风中心

的实地观测资料。

图为海洋气象观测者图为海洋气象观测者--33(MWO-(MWO-33))半潜式太阳能气象探测无人艇半潜式太阳能气象探测无人艇 受访者供图受访者供图

别人唯恐避之不及别人唯恐避之不及这艘小艇却偏要钻到台风中心看看这艘小艇却偏要钻到台风中心看看