灾害天气国家重点实验室

本刊记者 胡 敬

灾害天气国家重点实验室

本刊记者 胡 敬

实验室简介

灾害天气国家重点实验室是在原中国气象科学研究院强风暴实验室和数值预报中心基础上组建的，2005年3月22日，科技部批准实验室正式进入建设阶段。2007年8月实验室通过了建设期的验收，正式进入国家重点实验室的行列。实验室现任学术委员会主任为中国科学院院士吴国雄研究员，实验室主任刘黎平研究员。

研究方向与定位

中国位于亚洲东部，地形分布及下垫面特征非常复杂，灾害天气频繁，是世界上遭受气象灾害最多的国家之一。认识灾害天气基本规律及其机理，发展新的探测和试验手段，为灾害天气的监测、预报和调控提供理论和方法，是中国气象业务所面临的主要任务，也是提高气象预报预测准确率、提高气象服务水平的根本。

灾害天气国家重点实验室所面临的、也是迫切需要解决的关键科学问题是深入了解灾害天气形成机理及其动力学理论以及有效地监测与预测这类灾害天气的理论和方法。在此基础上逐步提高对这些关键的科学问题的认识，促进对灾害天气监测与预测能力，这些都是国家重点实验室需要解决的重大问题，也是灾害天气国家重点实验室要实现的国家目标。

研究定位：灾害天气国家重点实验室的重点研究领域确定为引发暴雨、大风、冰雹等气象灾害的中尺度强对流系统以及沙尘暴等灾害天气，针对上述重点研究领域确定的研究方向是：围绕减轻气象灾害这一国家目标，紧紧抓住提高灾害天气监测与预测能力的科学前沿问题，开展以灾害天气形成机理为主要内容的灾害天气动力学理论研究，以发展定量遥感为主要内容的灾害天气监测新理论与新技术研究，以及以发展短期精细、定量预报为主要内容的灾害天气预测新理论与新技术研究。

研究方向：围绕上述研究目标，实验室确定重点围绕引发气象灾害的中尺度强对流天气系统以及沙尘暴等灾害天气开展如下研究内容：

（1）灾害天气中尺度结构与机理研究

（a）不同时空尺度大气系统的相互作用及其对灾害天气系统发生、发展的影响；(b)灾害天气的动力和热力过程，其中包括云物理化学过程、边界层及湍流过程、陆面过程以及地形影响（包括青藏高原的影响）等；(c)灾害天气系统的结构、演变规律及其发生、发展的不稳定理论。

(2)灾害天气遥感监测的新理论与新技术研究

(a)中尺度灾害天气系统的观测研究；(b)新一代天气雷达及风廓线雷达在灾害天气监测中的应用研究；(c)灾害天气的综合探测技术及其应用，如机载雷达、下投式探空技术的研究，毫米波雷达、相控阵天气雷达等新技术研究；(d)临近预报方法研究。

(3)灾害天气预测理论和方法研究

(a)融合多种类型观测资料的三维、四维同化技术和资料同化系统研究；(b)配有精细物理过程和变分同化系统的灾害天气精细数值预报系统的发展及在国家与地方业务部门的推广使用；(c)雷达遥感反演的实时三维气象场和数值模式相结合的灾害天气短时临近预报系统研制及其在国家与地方业务部门的推广使用。

工作进展

五年来,实验室始终坚持基础研究和业务应用相结合的理念，发挥实验室与中国气象局等业务部门紧密结合的优势，针对提高灾害天气监测和预报能力以及提高我国防御气象灾害能力的国家重大需求，紧紧围绕暴雨、台风中尺度系统的监测、机理和预报中的关键科学问题，开展了灾害天气的观测、机理和预报方法研究。实验室承担了一批包括973项目、国家科技支撑计划项目和公益类气象行业专项等国家重大基础研究项目，取得了以2项国家科技进步二等奖为代表的一批标志性研究成果，建设了灾害天气中尺度观测和成果应用基地，一批研究成果在国家级业务单位、国家重大活动气象保障和国家重大工程项目中得到应用。实验室已成为我国灾害天气领域的重要研究和成果推广应用基地，在国际大气科学研究领域占据了一席之地。

（1）通过能力建设，依托中国气象局业务观测网和实验室先进的移动探测设备，在地方省市气象局和空军的配合和支持下，初步建成以天基、空基与地基为基础的中尺度三维结构观测网和四个外场试验观测基地，提高了实验室的中尺度观测能力和观测水平。

为了解决制约我国暴雨、台风等灾害天气研究的中尺度资料缺乏这一关键问题，实验室在我国南方建立了以广东、湖北、安徽和上海三省一市及其周边地区组成的四个外场试验观测基地，实现了高时空分辨率的灾害天气三维中尺度观测，获取了2008和2009年汛期的高时空分辨率的观测资料；建设和发展了灾害天气三维移动观测系统，实现了对云和降水微物理结构及三维风场参数的观测，同时还对相控阵天气雷达开展了前瞻性研究，取得了重要进展。这些可移式/机动观测设备与中国气象局的业务观测系统有机结合，形成了中尺度灾害天气的三维观测系统。

建设了高原及周边区域（西藏、云南、四川等）新一代综合气象观测基地，构建了高原及周边地区新一代综合监测、预警探测系统。这一系统的业务运行为我国东部天气气候灾害“上游”关键区强化观测奠定了基础。

（2）在实验室主持的973项目“我国南方致洪暴雨形成机理和预测理论和方法研究”和国家科技支撑计划项目“灾害天气精细数值预报系统及短期气候集合预测研究”以及其它国家级项目支持下，围绕实验室的研究目标，取得了一系列重要研究成果，提升了实验室的研究能力和研究水平。

实验室开展了我国华南和长江流域暴雨外场试验、台风外场试验以及东北暴雨外场试验，形成了资料共享数据库，为灾害天气中尺度结构及其机理研究提供了高时空分辨率的观测资料；实验室应用中尺度分析系统生成了四个观测区5km、3h或3km、1h分辨率的中尺度分析场，为中尺暴雨研究和数值模式的初始场提供了高时空分辨率的分析资料。

在灾害天气雷达定量遥感研究方面，实验室研制了新一代天气雷达基数据质量控制和三维拼图系统，为灾害天气中尺度结构研究提供了高质量/高时空分辨率的三维雷达数据，并应用于国家级业务单位、重大活动气象保障和国家重大业务项目中；发展了毫米波雷达、双线偏振雷达、风廓线仪的云和降水参数反演方法及其软件系统，在灾害天气云和降水过程微物理结构观测和参数反演等方面取得重要突破。

在灾害天气数值预报方法和技术研究方面，实验室自主研发了中尺度数值预报系统、基于GRAPES－Meso和雷达回波外推技术的短时临近预报系统，在国家级业务单位和多个省气象台推广应用，提高了暴雨等灾害天气的预报能力，为提高我国数值预报的研究水平做出了重要贡献。

在暴雨、台风、低温雨雪冰冻等灾害天气的中尺度结构、过程和机理研究方面，利用双多普勒雷达反演的风场和高时空分辨率再分析资料，揭示了梅雨暴雨、华南暴雨和台风暴雨的β-中尺度风场特征；开展了登陆台风结构和强度变化特征和机理研究，揭示了登陆台风环流内中尺度系统的活动特征、机理及其暴雨发生机制；从行星尺度经由天气尺度/大尺度环流直到云尺度全面分析了“0801南方雪灾”长期维持的特征和成因，以及冰冻天气产生的云物理条件，得到了青藏高原GPS站点反演的大气可降水量PWV（整层水汽量）与本次南方雪灾过程发生、维持与消亡呈显著相关这一事实，揭示了2008年初中国南方大范围低温雨雪冰冻天气异常持续性的形成机理。

（3）推进研究成果的业务转化，通过实现国家业务技术支撑这一重要目标，提高了实验室为国家需求服务的能力和水平。

实验室紧紧围绕国家需求，及时地把一批国家级项目的研究成果推广到业务部门应用或业务试运行，新一代天气雷达基数据质量控制和三维拼图软件系统、中尺度数值预报系统、等成果已经在国家气象中心等国家级业务单位、北京市气象局等省市级业务单位、北京2008年奥运会等重大活动的气象保障中应用。

实验室开发的中尺度灾害天气监测、分析与预报预警平台（RAFS）已在四个观测基地即广东、武汉和上海三个区域气象中心以及安徽的流域气象中心推广应用，其新的版本也将在上海中心气象台为世博会提供气象保障服务；青藏高原灾害天气上游早期预警综合监测工程系统与观测系统监测—传输—综合处理分析平台已经业务试运行。