本刊記者 胡 敬

災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

本刊記者 胡 敬

實(shí)驗(yàn)室簡介

災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是在原中國氣象科學(xué)研究院強(qiáng)風(fēng)暴實(shí)驗(yàn)室和數(shù)值預(yù)報(bào)中心基礎(chǔ)上組建的，2005年3月22日，科技部批準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室正式進(jìn)入建設(shè)階段。2007年8月實(shí)驗(yàn)室通過了建設(shè)期的驗(yàn)收，正式進(jìn)入國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的行列。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)任學(xué)術(shù)委員會(huì)主任為中國科學(xué)院院士吳國雄研究員，實(shí)驗(yàn)室主任劉黎平研究員。

研究方向與定位

中國位于亞洲東部，地形分布及下墊面特征非常復(fù)雜，災(zāi)害天氣頻繁，是世界上遭受氣象災(zāi)害最多的國家之一。認(rèn)識災(zāi)害天氣基本規(guī)律及其機(jī)理，發(fā)展新的探測和試驗(yàn)手段，為災(zāi)害天氣的監(jiān)測、預(yù)報(bào)和調(diào)控提供理論和方法，是中國氣象業(yè)務(wù)所面臨的主要任務(wù)，也是提高氣象預(yù)報(bào)預(yù)測準(zhǔn)確率、提高氣象服務(wù)水平的根本。

災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室所面臨的、也是迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題是深入了解災(zāi)害天氣形成機(jī)理及其動(dòng)力學(xué)理論以及有效地監(jiān)測與預(yù)測這類災(zāi)害天氣的理論和方法。在此基礎(chǔ)上逐步提高對這些關(guān)鍵的科學(xué)問題的認(rèn)識，促進(jìn)對災(zāi)害天氣監(jiān)測與預(yù)測能力，這些都是國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室需要解決的重大問題，也是災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室要實(shí)現(xiàn)的國家目標(biāo)。

研究定位：災(zāi)害天氣國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)研究領(lǐng)域確定為引發(fā)暴雨、大風(fēng)、冰雹等氣象災(zāi)害的中尺度強(qiáng)對流系統(tǒng)以及沙塵暴等災(zāi)害天氣，針對上述重點(diǎn)研究領(lǐng)域確定的研究方向是：圍繞減輕氣象災(zāi)害這一國家目標(biāo)，緊緊抓住提高災(zāi)害天氣監(jiān)測與預(yù)測能力的科學(xué)前沿問題，開展以災(zāi)害天氣形成機(jī)理為主要內(nèi)容的災(zāi)害天氣動(dòng)力學(xué)理論研究，以發(fā)展定量遙感為主要內(nèi)容的災(zāi)害天氣監(jiān)測新理論與新技術(shù)研究，以及以發(fā)展短期精細(xì)、定量預(yù)報(bào)為主要內(nèi)容的災(zāi)害天氣預(yù)測新理論與新技術(shù)研究。

研究方向：圍繞上述研究目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室確定重點(diǎn)圍繞引發(fā)氣象災(zāi)害的中尺度強(qiáng)對流天氣系統(tǒng)以及沙塵暴等災(zāi)害天氣開展如下研究內(nèi)容：

（1）災(zāi)害天氣中尺度結(jié)構(gòu)與機(jī)理研究

（a）不同時(shí)空尺度大氣系統(tǒng)的相互作用及其對災(zāi)害天氣系統(tǒng)發(fā)生、發(fā)展的影響；(b)災(zāi)害天氣的動(dòng)力和熱力過程，其中包括云物理化學(xué)過程、邊界層及湍流過程、陸面過程以及地形影響（包括青藏高原的影響）等；(c)災(zāi)害天氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、演變規(guī)律及其發(fā)生、發(fā)展的不穩(wěn)定理論。

(2)災(zāi)害天氣遙感監(jiān)測的新理論與新技術(shù)研究

(a)中尺度災(zāi)害天氣系統(tǒng)的觀測研究；(b)新一代天氣雷達(dá)及風(fēng)廓線雷達(dá)在災(zāi)害天氣監(jiān)測中的應(yīng)用研究；(c)災(zāi)害天氣的綜合探測技術(shù)及其應(yīng)用，如機(jī)載雷達(dá)、下投式探空技術(shù)的研究，毫米波雷達(dá)、相控陣天氣雷達(dá)等新技術(shù)研究；(d)臨近預(yù)報(bào)方法研究。

(3)災(zāi)害天氣預(yù)測理論和方法研究

(a)融合多種類型觀測資料的三維、四維同化技術(shù)和資料同化系統(tǒng)研究；(b)配有精細(xì)物理過程和變分同化系統(tǒng)的災(zāi)害天氣精細(xì)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)的發(fā)展及在國家與地方業(yè)務(wù)部門的推廣使用；(c)雷達(dá)遙感反演的實(shí)時(shí)三維氣象場和數(shù)值模式相結(jié)合的災(zāi)害天氣短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)研制及其在國家與地方業(yè)務(wù)部門的推廣使用。

工作進(jìn)展

五年來,實(shí)驗(yàn)室始終堅(jiān)持基礎(chǔ)研究和業(yè)務(wù)應(yīng)用相結(jié)合的理念，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室與中國氣象局等業(yè)務(wù)部門緊密結(jié)合的優(yōu)勢，針對提高災(zāi)害天氣監(jiān)測和預(yù)報(bào)能力以及提高我國防御氣象災(zāi)害能力的國家重大需求，緊緊圍繞暴雨、臺風(fēng)中尺度系統(tǒng)的監(jiān)測、機(jī)理和預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展了災(zāi)害天氣的觀測、機(jī)理和預(yù)報(bào)方法研究。實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了一批包括973項(xiàng)目、國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目和公益類氣象行業(yè)專項(xiàng)等國家重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，取得了以2項(xiàng)國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)為代表的一批標(biāo)志性研究成果，建設(shè)了災(zāi)害天氣中尺度觀測和成果應(yīng)用基地，一批研究成果在國家級業(yè)務(wù)單位、國家重大活動(dòng)氣象保障和國家重大工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)室已成為我國災(zāi)害天氣領(lǐng)域的重要研究和成果推廣應(yīng)用基地，在國際大氣科學(xué)研究領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。

（1）通過能力建設(shè)，依托中國氣象局業(yè)務(wù)觀測網(wǎng)和實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)的移動(dòng)探測設(shè)備，在地方省市氣象局和空軍的配合和支持下，初步建成以天基、空基與地基為基礎(chǔ)的中尺度三維結(jié)構(gòu)觀測網(wǎng)和四個(gè)外場試驗(yàn)觀測基地，提高了實(shí)驗(yàn)室的中尺度觀測能力和觀測水平。

為了解決制約我國暴雨、臺風(fēng)等災(zāi)害天氣研究的中尺度資料缺乏這一關(guān)鍵問題，實(shí)驗(yàn)室在我國南方建立了以廣東、湖北、安徽和上海三省一市及其周邊地區(qū)組成的四個(gè)外場試驗(yàn)觀測基地，實(shí)現(xiàn)了高時(shí)空分辨率的災(zāi)害天氣三維中尺度觀測，獲取了2008和2009年汛期的高時(shí)空分辨率的觀測資料；建設(shè)和發(fā)展了災(zāi)害天氣三維移動(dòng)觀測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對云和降水微物理結(jié)構(gòu)及三維風(fēng)場參數(shù)的觀測，同時(shí)還對相控陣天氣雷達(dá)開展了前瞻性研究，取得了重要進(jìn)展。這些可移式/機(jī)動(dòng)觀測設(shè)備與中國氣象局的業(yè)務(wù)觀測系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，形成了中尺度災(zāi)害天氣的三維觀測系統(tǒng)。

建設(shè)了高原及周邊區(qū)域（西藏、云南、四川等）新一代綜合氣象觀測基地，構(gòu)建了高原及周邊地區(qū)新一代綜合監(jiān)測、預(yù)警探測系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行為我國東部天氣氣候?yàn)?zāi)害“上游”關(guān)鍵區(qū)強(qiáng)化觀測奠定了基礎(chǔ)。

（2）在實(shí)驗(yàn)室主持的973項(xiàng)目“我國南方致洪暴雨形成機(jī)理和預(yù)測理論和方法研究”和國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“災(zāi)害天氣精細(xì)數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)及短期氣候集合預(yù)測研究”以及其它國家級項(xiàng)目支持下，圍繞實(shí)驗(yàn)室的研究目標(biāo)，取得了一系列重要研究成果，提升了實(shí)驗(yàn)室的研究能力和研究水平。

實(shí)驗(yàn)室開展了我國華南和長江流域暴雨外場試驗(yàn)、臺風(fēng)外場試驗(yàn)以及東北暴雨外場試驗(yàn)，形成了資料共享數(shù)據(jù)庫，為災(zāi)害天氣中尺度結(jié)構(gòu)及其機(jī)理研究提供了高時(shí)空分辨率的觀測資料；實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中尺度分析系統(tǒng)生成了四個(gè)觀測區(qū)5km、3h或3km、1h分辨率的中尺度分析場，為中尺暴雨研究和數(shù)值模式的初始場提供了高時(shí)空分辨率的分析資料。

在災(zāi)害天氣雷達(dá)定量遙感研究方面，實(shí)驗(yàn)室研制了新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和三維拼圖系統(tǒng)，為災(zāi)害天氣中尺度結(jié)構(gòu)研究提供了高質(zhì)量/高時(shí)空分辨率的三維雷達(dá)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于國家級業(yè)務(wù)單位、重大活動(dòng)氣象保障和國家重大業(yè)務(wù)項(xiàng)目中；發(fā)展了毫米波雷達(dá)、雙線偏振雷達(dá)、風(fēng)廓線儀的云和降水參數(shù)反演方法及其軟件系統(tǒng)，在災(zāi)害天氣云和降水過程微物理結(jié)構(gòu)觀測和參數(shù)反演等方面取得重要突破。

在災(zāi)害天氣數(shù)值預(yù)報(bào)方法和技術(shù)研究方面，實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)了中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)、基于GRAPES－Meso和雷達(dá)回波外推技術(shù)的短時(shí)臨近預(yù)報(bào)系統(tǒng)，在國家級業(yè)務(wù)單位和多個(gè)省氣象臺推廣應(yīng)用，提高了暴雨等災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)能力，為提高我國數(shù)值預(yù)報(bào)的研究水平做出了重要貢獻(xiàn)。

在暴雨、臺風(fēng)、低溫雨雪冰凍等災(zāi)害天氣的中尺度結(jié)構(gòu)、過程和機(jī)理研究方面，利用雙多普勒雷達(dá)反演的風(fēng)場和高時(shí)空分辨率再分析資料，揭示了梅雨暴雨、華南暴雨和臺風(fēng)暴雨的β-中尺度風(fēng)場特征；開展了登陸臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度變化特征和機(jī)理研究，揭示了登陸臺風(fēng)環(huán)流內(nèi)中尺度系統(tǒng)的活動(dòng)特征、機(jī)理及其暴雨發(fā)生機(jī)制；從行星尺度經(jīng)由天氣尺度/大尺度環(huán)流直到云尺度全面分析了“0801南方雪災(zāi)”長期維持的特征和成因，以及冰凍天氣產(chǎn)生的云物理?xiàng)l件，得到了青藏高原GPS站點(diǎn)反演的大氣可降水量PWV（整層水汽量）與本次南方雪災(zāi)過程發(fā)生、維持與消亡呈顯著相關(guān)這一事實(shí)，揭示了2008年初中國南方大范圍低溫雨雪冰凍天氣異常持續(xù)性的形成機(jī)理。

（3）推進(jìn)研究成果的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)化，通過實(shí)現(xiàn)國家業(yè)務(wù)技術(shù)支撐這一重要目標(biāo)，提高了實(shí)驗(yàn)室為國家需求服務(wù)的能力和水平。

實(shí)驗(yàn)室緊緊圍繞國家需求，及時(shí)地把一批國家級項(xiàng)目的研究成果推廣到業(yè)務(wù)部門應(yīng)用或業(yè)務(wù)試運(yùn)行，新一代天氣雷達(dá)基數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和三維拼圖軟件系統(tǒng)、中尺度數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)、等成果已經(jīng)在國家氣象中心等國家級業(yè)務(wù)單位、北京市氣象局等省市級業(yè)務(wù)單位、北京2008年奧運(yùn)會(huì)等重大活動(dòng)的氣象保障中應(yīng)用。

實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的中尺度災(zāi)害天氣監(jiān)測、分析與預(yù)報(bào)預(yù)警平臺（RAFS）已在四個(gè)觀測基地即廣東、武漢和上海三個(gè)區(qū)域氣象中心以及安徽的流域氣象中心推廣應(yīng)用，其新的版本也將在上海中心氣象臺為世博會(huì)提供氣象保障服務(wù)；青藏高原災(zāi)害天氣上游早期預(yù)警綜合監(jiān)測工程系統(tǒng)與觀測系統(tǒng)監(jiān)測—傳輸—綜合處理分析平臺已經(jīng)業(yè)務(wù)試運(yùn)行。