当前动态:“室温超导”走红全网！它能让天气预报更准？

室温超导

究竟是什么~

室温超导真的来了？

(相关资料图)

近日，来自罗彻斯特大学的Ranga Dias团队宣布合成了一种超导材料，能在21℃室温，仅1万个大气压的条件下实现超导性能。比起以往的超导材料，其所需大气压下降了两个数量级。

这对于常温超导研究简直是一个重磅炸弹，瞬间点燃了人们讨论的热情。

Ranga Dias教授报告现场

然而，Dias的研究经历也不断被扒出：曾经轰动一时的金属氢以及它离奇消失的事情，登上《Nature》封面又被撤稿的事情，和理论物理大神Jorge Hirsch的“对峙”……一番操作下，他的室温超导研究的八卦属性被拉满了。

我们且不说Dias室温超导的研究

是真是假

如果未来室温超导能大范围推广应用

气象领域会迎来怎样的技术变革？

气象预报会因此变得更准吗？

我们大胆展望一下~

等等，先科普两个概念

什么是“超导”：超导，指导体在特定温度下，电阻为零的状态。超导体不仅具有零电阻的特性，另一个重要特征是完全抗磁性，在电力、通信、军事以及医疗等领域有很好的应用前景。

何为“室温超导”：室温超导是指超导体在室温下出现超导现象。传统上，超导体需要 在-200℃乃至接近绝对零度的极低温度下工作，这无疑限制了其广泛应用。室温超导的出现将为超导技术带来革命性变革，可能会带来巨大的经济和科技上的影响。

01

超导滤波器

让气象雷达“起死回生”？

首先，是超导在气象雷达领域的应用。

其实约二十年前，我国科学家就曾尝试将气象雷达改造成为超导雷达，而且效果相当不错，得到国际同行专家高度评价。

起因是这样的——

我国最早投入气象领域的风廓线雷达频率在930MHz左右。北京城市气象研究院当时购置了该型号系列的风廓线雷达，放置在海淀区城乡结合部某公园。

位于北京市海淀区某公园的风廓线雷达

后来，由于广播、电视等信号的增加，特别是移动通信的急剧发展，风廓线雷达受到电磁信号的干扰越来越严重。

我们联系到当时参与超导雷达试验项目的北京城市气象研究院城市边界层与高影响天气机理研究室的张京江，据他回忆：

“

当时1000米到1500米这段能有探测数据，到了高层数据都探测不到了，另外时间上不连续，一段有数据一段空白。

”

问题的严重性在于，由于干扰的存在可能造成虚假信号（或异常信号），有时难以判定观察到的现象是源于天气变化还是来自电磁干扰，很可能导致误判、误报，甚至带来严重后果。

雷达的工作带宽较窄，常规技术很难提供合适的预选滤波器，导致雷达接收机前级对邻频干扰信号缺乏足够的抵抗能力。

针对这样的情况，中国科学院物理研究所专家提出以极窄带超导滤波器、低噪声放大器和制冷机组成的超导微波子系统替代雷达前端中的低噪声放大器，来提高雷达的抗干扰能力和灵敏度。

高温超导子系统与风温廓线雷达联机试验现场 (左图为雷达天线,右图为雷达接收机和高温超导子系统 )

实测结果表明，使用超导子系统后，雷达的灵敏度提高了2.4倍（3.8ｄＢ）。抗干扰能力因为增设了超导滤波器的缘故，提高幅度达到7万倍以上（48.4ｄＢ）。

再看干扰存在时，常规雷达系统和超导雷达系统的实际测风能力——

风温廓线雷达完成的风廓线测量图。在有干扰时常规系统无法给出2000米以上高空的风廓线，而高温超导子系统仍能保证测量正常进行

也就是说，含有高温超导微波子系统的雷达前端比较常规雷达前端确实具有明显的优势，可以极为有效地增强风温廓线雷达系统的抗干扰能力。

常规风廓线雷达和高温超导子系统结构框图

这次试验的成功，为利用超导技术进一步提高气象雷达的性能提供了契机。不过受限于使用环境和使用成本，该技术尚未在气象雷达业务中广泛应用。

张京江说：

“

如果室温超导真的实现了，而且应用成本也能降下来的话，在气象雷达领域应该也会有非常好的应用前景。

”

02

当超导量子计算机

“邂逅”数值天气预报

量子计算有望为人类提供超乎想象的计算能力，从而给各个领域乃至我们日常生活带来极其深远的影响，其潜力也包括应用于极其复杂的数值预报模式。

《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》提出，加强人工智能、大数据、量子计算与气象深度融合应用。“量子计算”作为关键核心技术被重点提及，其战略重要性不言而喻。

气象预测需要分析包括温度、湿度、风速风向和地磁等多个动态变量在内的大量数据，使用传统经典计算机开发数值天气和气候预测模型存在局限性，无法跟上不断变化的复杂天气。

量子计算是一种全新的计算模式，具有颠覆性的算力。通过量子人工智能算法，结合历史气象数据，将有助于改善气象灾害预测，减少灾害损失。此外，对于理解天气至关重要的模式识别可以利用量子机器学习来增强。

加强量子计算与气象深度融合应用，将为我国发展精细气象服务系统，打造气象信息支撑系统注入强大动力。

而超导态是一种典型的宏观量子现象，因为参与超导电性的粒子是宏观量级的库珀对高度重叠而形成的集体行为。这种宏观量子性，为超导量子比特奠定了易于耦合、易于操控也易于读取的先天条件。Google、IBM、Intel等都参加到了量子计算研发的行列中来，而他们都选择的是超导的方案。可以说，超导量子计算，已经成为目前最有前景的量子计算实现方案之一。

我们有理由相信，当数值预报用上室温超导量子计算机，我们的天气预报一定会有极大的改善……

超导技术出现至今

已经有几十年了

它的大规模应用还有不少难点

如果室温超导真的能够大规模应用

将给气象领域在内的各行各业

带来深远的影响

我们期待着那一天

未来可期

责任编辑：Rex_21