姚俊強(qiáng) 曾勇 李建剛 楊蓮梅

（中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，烏魯木齊 830002）

0 引言

中亞區(qū)域包括中亞五國和我國新疆區(qū)域，是全球最大的非地帶性干旱區(qū)，區(qū)域天氣氣候與歐洲和東亞地區(qū)顯著不同。區(qū)域內(nèi)山盆交錯(cuò)分布，荒漠與綠洲共存，水循環(huán)變化顯著，形成獨(dú)具特色的氣候系統(tǒng)格局[1-2]。中亞區(qū)域?qū)θ蜃兓憫?yīng)敏感，極端降水事件頻發(fā)，且有顯著增多態(tài)勢(shì)[3-5]。同時(shí)，中亞區(qū)域還是我國天氣氣候的上游區(qū)，是國家實(shí)施“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”的核心區(qū)。盡管在中亞區(qū)域氣候、環(huán)境和生態(tài)研究取得了重要進(jìn)展[6-10]，但中亞極端干濕多時(shí)間尺度演變特征及形成機(jī)制、暴雨精細(xì)結(jié)構(gòu)及觸發(fā)機(jī)制、云微物理特征和精細(xì)化無縫隙預(yù)報(bào)關(guān)鍵技術(shù)尚缺乏深入系統(tǒng)研究，如何完整認(rèn)識(shí)上述關(guān)鍵科學(xué)問題和解決關(guān)鍵技術(shù)仍是中亞天氣氣候研究中極具挑戰(zhàn)性的前沿研究。因此，研究這一區(qū)域極端降水形成機(jī)制及其預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)能力提升具有重要意義。

中亞區(qū)域天氣氣候獨(dú)具特色，且是我國天氣上游關(guān)鍵區(qū)，對(duì)中國西北及東部地區(qū)的災(zāi)害性天氣發(fā)生和區(qū)域氣候變化具有重要影響，但國內(nèi)外對(duì)該區(qū)域氣象災(zāi)害研究薄弱，中亞氣象防災(zāi)減災(zāi)在“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”建設(shè)中面臨嚴(yán)峻的科技挑戰(zhàn)。本研究綜述中亞極端干濕和暴雨演變機(jī)制，以及開展的暴雨野外觀測(cè)試驗(yàn)，提出擬解決的科學(xué)問題。

1 中亞區(qū)域干濕氣候變化研究進(jìn)展

1.1 中亞區(qū)域氣候變化

在全球變化背景下，全球氣候系統(tǒng)正經(jīng)歷著劇烈的變化，北半球中緯度地區(qū)變暖最快，而中亞地區(qū)近百年來氣候變暖幅度是北半球的兩倍多，氣候系統(tǒng)異常敏感。中亞區(qū)域?qū)?0世紀(jì)全球出現(xiàn)的第二次暖期有明顯的響應(yīng)，氣溫發(fā)生了明顯的增暖。中亞地區(qū)增溫持續(xù)時(shí)間較長且增溫幅度較大（?1.3～1.5 ℃），遠(yuǎn)大于全球氣溫的變化幅度（?0.6～0.55 ℃）[8]。近50年來，中亞地區(qū)年均氣溫有明顯的上升趨勢(shì)，1980年之后增溫更明顯，其中在1998年左右出現(xiàn)躍變式升高且維持高溫波動(dòng)，使近20年成為近半個(gè)世紀(jì)以來最暖的時(shí)期。冬季增溫最快，預(yù)估未來會(huì)延續(xù)變暖的態(tài)勢(shì)。空間分布上中亞北部升溫幅度大于南部，同時(shí)增溫顯著區(qū)域也明顯增大。中亞地區(qū)氣溫在1998年左右出現(xiàn)躍變式升高且維持高溫波動(dòng)，使近20年成為近半個(gè)世紀(jì)以來最暖的時(shí)期[11-14]。

蘇聯(lián)時(shí)期，中亞地區(qū)進(jìn)行了較早的氣候觀測(cè)，積累了豐富的觀測(cè)資料。但蘇聯(lián)解體后，中亞五國的氣象觀測(cè)陷入困境，大量站點(diǎn)停止觀測(cè)，持續(xù)性的觀測(cè)資料較少，限制了中亞地區(qū)氣候變化的研究。隨著遙感等多源技術(shù)的發(fā)展，大量的代用資料、衛(wèi)星遙感資料和再分析資料逐漸得到使用，但這些資料在中亞的適用性還不清楚。胡增運(yùn)等[8]評(píng)估了多源資料在中亞地區(qū)的適用性?？傮w來看，空間插值降水產(chǎn)品和衛(wèi)星降水產(chǎn)品在中亞地區(qū)精度高于再分析數(shù)據(jù)，而再分析數(shù)據(jù)中MERRA降水產(chǎn)品在中亞地區(qū)適用性最好。20世紀(jì)以來中亞地區(qū)年降水呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，但具有顯著的空間差異性。在過去60年，新疆降水增加，而中亞五國降水減少。研究發(fā)現(xiàn)厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)降水年際變化有重要影響，厄爾尼諾年時(shí)該地區(qū)降水增加，拉尼娜年時(shí)降水減少[12]。Peng等[15]指出中亞夏季降水在1961—2013年間增加了20.78%，診斷歸因認(rèn)為人為活動(dòng)可以通過動(dòng)力和熱力作用共同引起降水增加。

1.2 中亞區(qū)域多時(shí)間尺度降水變化

國內(nèi)外學(xué)者在中亞區(qū)域干濕氣候變化方面開展了一系列研究工作，發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)間尺度上，中亞干濕氣候環(huán)境變化顯著不同于東亞季風(fēng)區(qū)，表現(xiàn)出明顯的“西風(fēng)模態(tài)”特征，并提出了不同時(shí)間尺度上氣候變化的機(jī)制[7,11,16-19]。

在亞軌道時(shí)間尺度上，太陽輻射等外部驅(qū)動(dòng)對(duì)中亞區(qū)域水熱變化起主導(dǎo)作用[16]；晚全新世以來，冬季太陽輻射增強(qiáng)，而夏季太陽輻射減弱，使得冬夏季降水增加[17,20-21]。在百年—年代際尺度上，內(nèi)部變率對(duì)中亞降水變化更為重要，“絲綢之路”遙相關(guān)（SRP）直接調(diào)控中亞地區(qū)降水的變化[22-23]。年代際時(shí)間尺度變率方面，北大西洋多年代際振蕩（AMO）通過調(diào)控北大西洋濤動(dòng)（NAO）的位相變化，進(jìn)而影響到中亞的降水[20]。太平洋年代際振蕩（PDO）和AMO共同影響印度夏季風(fēng)的強(qiáng)度，通過調(diào)制SRP影響中亞的降水[24-29]。高、中、低緯環(huán)流系統(tǒng)和中亞低值系統(tǒng)的活躍，共同影響了中亞東部新疆地區(qū)降水年代際和年際異常，而西亞西風(fēng)環(huán)流是聯(lián)系高、中、低緯環(huán)流系統(tǒng)相互作用的紐帶[30-31]。此外，青藏高原和印度洋對(duì)區(qū)域降水年際變化也有重要的影響，印度洋和阿拉伯海海溫升高，加強(qiáng)了低緯度向中緯度的經(jīng)向輸送，配合中亞上空的氣旋環(huán)流，將印度洋水汽進(jìn)一步輸送至中亞[32-33]。

中亞區(qū)域日尺度觀測(cè)資料的缺乏，極端降水的影響較少?；?2個(gè)站點(diǎn)的觀測(cè)資料，發(fā)現(xiàn)1938—2005年中亞區(qū)域極端降水指標(biāo)有明顯增加趨勢(shì)，但連續(xù)干旱天數(shù)（CDD）存在下降趨勢(shì)。同時(shí)，極端降水存在明顯的空間差異性和非均質(zhì)性[34]。

1.3 中亞區(qū)域干濕氣候變化

基于多種干濕指數(shù)發(fā)現(xiàn)，中亞區(qū)域氣候有變干的趨勢(shì)[13]。常用的PDSI指數(shù)顯示，1964年以來中亞區(qū)域干濕變化總體不顯著，但進(jìn)入21世紀(jì)后有明顯的下降趨勢(shì)，有65%的區(qū)域出現(xiàn)干旱化，歸因分析發(fā)現(xiàn)氣溫變化對(duì)干旱影響最大，降水變化加大了干旱的變率，而氣象干旱可以影響到生態(tài)農(nóng)業(yè)干旱和水文干旱[14]?；赟PEI指數(shù)發(fā)現(xiàn)，中亞區(qū)域干旱面積覆蓋率變化不大，從20世紀(jì)60年代至70年代初的22%，到20世紀(jì)80年代到90年代初的30%，但在90年代中期以來干旱面積逐漸增加，其中70年代中期和90年代后期經(jīng)歷了比較干旱的階段，1975年干旱覆蓋率達(dá)到60.7%[35]。區(qū)域來看，中亞中部哈薩克平原有變干趨勢(shì)，但其他區(qū)域均有變濕態(tài)勢(shì)[36]。CMIP5模式預(yù)估發(fā)現(xiàn)未來中亞地區(qū)干旱化的趨勢(shì)將繼續(xù)延續(xù)，在西南部變干會(huì)更加明顯[35]。在中亞東部的新疆地區(qū)，20世紀(jì)80年代中后期以來呈“暖濕化”特征，但1997年之后，干旱變化趨勢(shì)、干旱頻率、干旱發(fā)生月份和干旱站次比等方面均有明顯增加，導(dǎo)致70%以上的區(qū)域變干[37-38]。

在機(jī)理方面，目前還沒有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。有研究發(fā)現(xiàn)中亞地區(qū)干濕變化可能受歐亞太平洋遙相關(guān)型、阻塞高壓和北極濤動(dòng)等的影響[35]。在濕潤年份，西風(fēng)急流增強(qiáng)，中亞—里海地區(qū)槽及上下游的脊有所加強(qiáng)，在對(duì)流層低層由低緯經(jīng)阿拉伯海向北輸送至中亞的偏南氣流增強(qiáng)，是中亞水汽輸送的來源之一[36]。AMO對(duì)中亞東部新疆干濕變化有明顯影響，AMO正相位（AMO負(fù)相位）對(duì)應(yīng)著新疆的干旱時(shí)期（濕潤時(shí)期），特別是在1997年之后對(duì)應(yīng)更加明顯[37]。當(dāng)AMO正（負(fù)）位相時(shí)，印度夏季風(fēng)加強(qiáng)（減弱），印度夏季降水更多（少），而新疆夏季降水更少（多）。南亞高壓、西風(fēng)急流和伊朗副高系統(tǒng)變化是鏈接AMO和新疆干濕變化的關(guān)鍵系統(tǒng)[31]。此外，新疆北部干旱與ENSO事件密切相關(guān)，且比ENSO海溫異常滯后12個(gè)月。干旱（濕潤）時(shí)期對(duì)應(yīng)著海溫負(fù)（正）異常，即拉尼娜事件（厄爾尼諾事件）會(huì)引起嚴(yán)重干旱（濕潤）[37]。但并非所有ENSO事件都會(huì)引起新疆北部發(fā)生干旱或濕潤事件。因此，ENSO和新疆干濕的機(jī)理還需深入研究。

2 中亞區(qū)域極端降水研究進(jìn)展

中亞地區(qū)由于其所處的獨(dú)特地理位置和落后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，對(duì)于極端降水事件的監(jiān)測(cè)手段較為落后，對(duì)其“捕捉”和研究的能力明顯不足。在全球變暖的背景下，中亞極端降水呈現(xiàn)增多的趨勢(shì)[39-40]。由于復(fù)雜地形和較低的地表植被覆蓋率，極端降水事件往往會(huì)造成洪水、泥石流、城市內(nèi)澇和滑坡等次生災(zāi)害，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的影響[41-43]。隨著國家“一帶一路”倡議的實(shí)施，加強(qiáng)中亞地區(qū)極端降水事件的監(jiān)測(cè)、預(yù)警和研究顯得格外重要。近年來該地區(qū)的極端降水研究取得了一些重要進(jìn)展，但研究成果主要集中在我國新疆區(qū)域，且主要為夏季極端暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水事件。

在新疆極端暴雨過程中，高、中及低空三支氣流有利配合有利于暴雨產(chǎn)生，高空強(qiáng)烈輻散與低空輻合之間的耦合不僅增加了低層水汽在暴雨區(qū)匯集，也通過增強(qiáng)垂直速度將更多的潮濕空氣向上輸送，使高層大氣濕度增加[44-46]；阿拉伯海和孟加拉灣的水汽通過接力方式可以影響到南疆暴雨，且新疆典型暴雨過程的水汽輸送路徑存在明顯差異，這種差異與天氣系統(tǒng)異常關(guān)系密切。同時(shí)，暴雨過程水汽集中迅速，主要集中于700 hPa以下[47-49]。新疆暴雨事件的水汽主要是由西風(fēng)帶輸送，水汽源區(qū)主要是中亞區(qū)域和新疆本地。不同區(qū)域的水汽源區(qū)也有略微的不同。對(duì)于阿勒泰地區(qū)，新疆區(qū)域和中亞區(qū)域仍然是主要的水汽源區(qū)，但是地中?！诤！锖^(qū)域也是其重要的水汽源區(qū)；對(duì)于伊犁河谷，水汽源區(qū)最主要是新疆區(qū)域和中亞地區(qū)，兩者水汽貢獻(xiàn)都約為40%；對(duì)于哈密地區(qū)，最大的水汽源區(qū)是新疆區(qū)域，其水汽貢獻(xiàn)幾乎達(dá)到了70%；而對(duì)阿克蘇—喀什地區(qū)來說，最主要的水汽源區(qū)是中亞區(qū)域，接下是新疆區(qū)域[47]?？梢?，新疆暴雨的水汽源區(qū)與東部季風(fēng)區(qū)暴雨的水汽源有明顯不同。

通過對(duì)極端暴雨和短時(shí)強(qiáng)降水事件的大量個(gè)例分析后發(fā)現(xiàn)，低空風(fēng)場(chǎng)輻合線、云圖上快速生成、發(fā)展、移動(dòng)的中尺度對(duì)流云團(tuán)和多普勒天氣雷達(dá)上變化迅速的中尺度對(duì)流系統(tǒng)是造成新疆暴雨強(qiáng)降水的直接系統(tǒng)，由于水汽輸送明顯弱于我國東部季風(fēng)區(qū)，該區(qū)域中尺度系統(tǒng)生命史一般較短，同時(shí)局地性明顯[50-56]。在環(huán)流形勢(shì)穩(wěn)定維持和水汽通道異常強(qiáng)盛時(shí)期，新疆夏季極端降水過程可維持較長時(shí)間，期間不斷有中尺度對(duì)流系統(tǒng)移過暴雨區(qū)，猶如“列車效應(yīng)”造成極端大暴雨天氣過程[55]。近年來隨著中尺度數(shù)值模式的發(fā)展，通過數(shù)值模擬手段對(duì)新疆極端降水的觸發(fā)機(jī)制和組織化機(jī)理研究取得了一定進(jìn)展，重力波、地形、低空急流在新疆極端降水過程中有十分重要的作用，天山地形及其引起的氣流輻合及重力波是極端降水觸發(fā)的關(guān)鍵[43,56-58]。中亞低渦（槽）、天山靜止鋒、高低空急流和水汽聚集等是極端降水形成和組織化不可缺少的關(guān)鍵條件[41,59-60]，其中，中亞低渦是影響該地區(qū)極端降水的關(guān)鍵影響系統(tǒng)。張?jiān)苹莸萚45]在已有研究的基礎(chǔ)上修訂了中亞低渦的定義，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征將其分為深厚型和淺薄型兩類；楊蓮梅等[59]對(duì)中亞低渦的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，得到了中亞低渦造成強(qiáng)降水天氣的環(huán)流配置和水汽特征，并對(duì)中亞低渦的動(dòng)、熱力結(jié)構(gòu)進(jìn)行了概括，指出其在暴雨過程中存在明顯的能量轉(zhuǎn)換和頻散特征，并出版了《中亞低渦年鑒1971—2017》[61]。

3 西天山降水云微物理綜合觀測(cè)試驗(yàn)

3.1 觀測(cè)試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

西天山降水云微物理綜合觀測(cè)試驗(yàn)（圖1）在現(xiàn)有業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)的基礎(chǔ)上（包括1838個(gè)自動(dòng)氣象站、14部多普勒天氣雷達(dá)、105部雨滴譜觀測(cè)儀、46部閃電定位儀、63臺(tái)GPS/MET水汽探測(cè)儀），以西天山伊犁河谷為試驗(yàn)基地，利用移動(dòng)觀測(cè)設(shè)備（雙偏振雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、毫米波云雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)等）開展降水天氣的中尺度系統(tǒng)和云微物理參數(shù)特征協(xié)同強(qiáng)化觀測(cè)試驗(yàn)，獲取降水環(huán)境、中尺度系統(tǒng)和云微物理參數(shù)高精度三維精細(xì)化結(jié)構(gòu)信息；對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行質(zhì)量控制，反演關(guān)鍵云微物理過程、水相態(tài)物質(zhì)的質(zhì)量和滴譜分布參數(shù)，建立極端降水天氣個(gè)例的水汽、云、降水粒子相態(tài)分布、動(dòng)力、熱力等垂直結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)集。

圖1 西天山降水云微物理綜合觀測(cè)試驗(yàn)的總體布局Fig. 1 Overall of the extreme precipitation observation site in Central Asia

3.2 觀測(cè)試驗(yàn)基地的建立

選取西天山伊犁河谷作為該強(qiáng)化觀測(cè)試驗(yàn)（圖2）的主要區(qū)域，分別挑選伊犁河谷西段的伊寧、中段的鞏留、東段的新源作為代表站，根據(jù)原有業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)的運(yùn)行情況，考慮各種儀器的最優(yōu)化配置以及觀測(cè)試驗(yàn)運(yùn)行所需的基礎(chǔ)條件，在伊犁河谷初步建立了綜合觀測(cè)基地并進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)時(shí)觀測(cè)。其中自動(dòng)氣象站、閃電定位儀、激光雨滴譜儀和GPS/MET水汽探測(cè)儀正常運(yùn)行，在伊寧縣站原有觀測(cè)設(shè)備（業(yè)務(wù)探空、C波段多普勒天氣雷達(dá)）的基礎(chǔ)上架設(shè)了二維視頻雨滴譜儀、MP-3000地基微波輻射計(jì)、CFL-03車載風(fēng)廓線雷達(dá)、MRR-2微雨雷達(dá)、CM-120激光云高儀，在鞏留縣站原有X 波段天氣雷達(dá)的基礎(chǔ)上安裝了二維視頻雨滴譜儀、微雨雷達(dá)，在新源縣站架設(shè)了地基微波輻射計(jì)、方艙式風(fēng)廓線雷達(dá)、毫米波云雷達(dá)、微雨雷達(dá)、激光云高儀、雨滴譜儀和C波段雙偏振多普勒雷達(dá)等。此外，還在境外中亞天山建立了長期觀測(cè)站點(diǎn)，包括在吉爾吉斯斯坦的Kara-Batkak、塔吉克斯坦的Bardara建立了10要素自動(dòng)氣象站，2018年10月至今在降水關(guān)鍵季節(jié)（6—8 月，11月—次年2月）進(jìn)行了中尺度系統(tǒng)和云微物理三維立體協(xié)同組網(wǎng)加密觀測(cè)試驗(yàn)，目前各設(shè)備運(yùn)行良好。

3.3 開展強(qiáng)降水大氣邊界層和云微物理綜合觀測(cè)試驗(yàn)

2018年12月—2019年3月，利用伊犁河谷試驗(yàn)基地的多普勒天氣雷達(dá)、激光雨滴譜儀、微型雨雷達(dá)、云雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、地基微波輻射計(jì)、GPS/MET水汽探測(cè)儀等對(duì)冬季強(qiáng)降雪天氣過程開展云微物理綜合觀測(cè)（圖3），獲取了極端降水過程前后大氣環(huán)境（溫度、濕度、風(fēng)場(chǎng)、水汽）、中尺度系統(tǒng)和云微物理特征的高分辨率三維精細(xì)化結(jié)構(gòu)的觀測(cè)信息，為開展極端降水的動(dòng)、熱力和云微物理精細(xì)結(jié)構(gòu)及其形成和組織化機(jī)理的研究提供基礎(chǔ)資料。

圖2 伊犁河谷、中亞吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦強(qiáng)化觀測(cè)試驗(yàn)基地Fig. 2 Strengthened observation base in the Ili River Valley, Kyrgyzstan and Tajikistan over Central Asia

圖3 強(qiáng)降雪天氣的大氣環(huán)境和云微物理特征野外觀測(cè)Fig. 3 Field observation of atmospheric environment and cloud microphysical characteristics of heavy snowfall weather process

2019年6月27日—8月4日，在伊犁河谷新源縣開展了大氣對(duì)流層探空加密觀測(cè)試驗(yàn)（圖4）。利用北斗/GPS雙模探空儀對(duì)伊犁河谷東部不同天氣條件下大氣溫、壓、濕、風(fēng)的垂直變化開展觀測(cè)。加密觀測(cè)期間，每天釋放探空氣球5～7次，平均釋放高度達(dá)到24 km，最高達(dá)31 km，數(shù)據(jù)質(zhì)量較好。

圖4 GPS探空儀的架設(shè)、高空氣象要素的觀測(cè)和氣球的釋放Fig. 4 The erection of GPS, observation of meteorological elements and the balloons

3.4 觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取和應(yīng)用

利用新疆氣象信息中心大型服務(wù)器，基于專有網(wǎng)絡(luò)收集常規(guī)氣象業(yè)務(wù)觀測(cè)網(wǎng)資料以及野外強(qiáng)化觀測(cè)資料，建立了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（圖5）。按照降水類型和強(qiáng)度等進(jìn)行分類歸檔，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、質(zhì)量控制、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，產(chǎn)生快速查看數(shù)據(jù)和圖像集。通過綜合性資料質(zhì)量控制后建立了中亞極端降水野外科學(xué)試驗(yàn)個(gè)例共享數(shù)據(jù)集，為項(xiàng)目提供可靠的研究資料保障。

圖5 大型計(jì)算機(jī)集群和專有數(shù)據(jù)庫Fig. 5 Large computer clusters and proprietary databases

利用毫米波雷達(dá)觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析了2019年2月伊犁河谷新源強(qiáng)降雪天氣過程的降水云系雷達(dá)反射率因子、徑向速度和粒子含水量垂直高度上的變化等宏微觀結(jié)構(gòu)特征（圖6），為進(jìn)一步提高和改善云-降水微物理過程的精度提供依據(jù)。

4 未來研究方向與展望

1）中亞天氣和云降水物理。建設(shè)西天山云降水物理觀測(cè)試驗(yàn)基地，開展云降水物理觀測(cè)試驗(yàn)，建立高質(zhì)量多源觀測(cè)資料數(shù)據(jù)平臺(tái)；開展云降水物理觀測(cè)分析、數(shù)值模擬和云水資源研究; 開展中亞天氣演變規(guī)律和形成機(jī)理研究；開展多源觀測(cè)資料應(yīng)用技術(shù)和災(zāi)害性天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究。

2）中亞氣候與氣候變化。圍繞歷史代用資料、觀測(cè)資料、模式輸出和極端事件等建立中亞區(qū)域千年—百年—年代際和年際等多尺度氣候變化序列，開展中亞區(qū)域多時(shí)空尺度氣候變化研究；揭示中亞區(qū)域極端氣候事件發(fā)生、發(fā)展和維持機(jī)理，研發(fā)極端事件氣候監(jiān)測(cè)、評(píng)估指標(biāo)和預(yù)測(cè)模型；開展森林生態(tài)氣象監(jiān)測(cè)，研究干旱區(qū)樹木生理特征和樹木徑向生長的氣候限制因子及其生理學(xué)機(jī)制；開展氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與氣候變化應(yīng)對(duì)研究。

3）中亞沙漠氣象。依托中亞區(qū)域沙漠氣象野外科學(xué)試驗(yàn)基地，揭示中亞區(qū)域不同類型下墊面的邊界層結(jié)構(gòu)及其陸面過程演變規(guī)律，探究邊界層過程對(duì)區(qū)域天氣氣候的影響機(jī)制；開展沙塵災(zāi)害演變特征及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)估研究；推動(dòng)沙漠氣象探測(cè)技術(shù)及研究成果在氣象業(yè)務(wù)和工程上的應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

4）中亞區(qū)域數(shù)值預(yù)報(bào)模式。開展非常規(guī)觀測(cè)資料的質(zhì)控和同化技術(shù)研究，研發(fā)高分辨率模式下的物理過程不確定性診斷和復(fù)雜地形下的模式地形訂正技術(shù)、動(dòng)力降尺度技術(shù)，建立中亞區(qū)域多系統(tǒng)/多技術(shù)/多模式結(jié)果集成（融合）和釋用系統(tǒng)；開展區(qū)域集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)產(chǎn)品的加工和解釋應(yīng)用研發(fā)。

圖6 2019年2月強(qiáng)降雪過程云雷達(dá)參數(shù)垂直廓線（a）及時(shí)空變化特征（b）Fig. 6 Vertical profile of cloud radar parameters and spatiotemporal variation characteristics during heavy snowfall in February 2019

5）中亞氣象災(zāi)害防御技術(shù)。開展農(nóng)牧林、能源、交通氣象災(zāi)害致災(zāi)機(jī)理研究，構(gòu)建致災(zāi)、預(yù)警、監(jiān)測(cè)診斷與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系和防御標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展災(zāi)害發(fā)生監(jiān)測(cè)識(shí)別方法、預(yù)測(cè)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與防御服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶核心區(qū)、中巴經(jīng)濟(jì)走廊氣象防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。開展中亞區(qū)域污染天氣形成機(jī)理、區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、大氣成分監(jiān)測(cè)分析技術(shù)等研究，完善區(qū)域環(huán)境氣象數(shù)值預(yù)報(bào)模式，開展污染天氣綜合預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)研究；建立中亞區(qū)域生態(tài)氣象遙感數(shù)據(jù)集，開展遙感探測(cè)新方法在災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)中的應(yīng)用。