大气探测资料在中尺度暴雨中的应用

刘瑞全，张在霞

1.青岛市气象局，山东青岛 266003

2.青岛市气象局气象探测保障中心，山东青岛 266003

0 引言

中国是一个暴雨相对比较多的国家，尤其是在中国的东南沿海地区，每年的夏季中国的暴雨都会出现在5d以上。每年由于暴雨我国的洪水受灾面积可以达到几十万平方公里。在过去的几十年中，随着计算机技术的不断发展以及人们的制造能力不断的提高，在空间的气象探测领域人们取得了比较瞩目的进步。其中比较有代表性的就是空间的探测技术以及遥感探测技术。在这些新技术的帮助下，人们对于气象变化的研究也变得更加深入，针对中尺度天气的研究也越来越系统。本文将针对大气探测技术发展背景下的大气探测资料在中尺度天气中的应用问题进行一定的分析和探讨。

1 大气探测技术

大气探测作为大气科学的一个重要的组成部分，是现在的气象业务的基本组成部分，同时也是气象服务发展的一个基础所在。在日常的气象工作中，要提高对于天气预测的精准率，就必须要提高大气探测的水平。

在上世纪，大气探测科学取得了很快的发展，其中的重要原因就是重视观测系统的建设和新的大气探测技术的应用。到目前为止，国际上的几个大型的大气探测的研究计划，比如全球能量和水分循环研究计划，以及气候变化与可预报性研究计划、世界天气研究计划等都把探测的工具以及具体的观测系统的建设都放在首要的位置，并且在探测技术的层面积极的进行新技术的发展和尝试，比如近年来比较新兴的空间遥感探测技术以及GPS技术等等。

而在这样的发展背景下，今后大气探测技术发展的总的趋势可以概括为：

首先，大气的观测技术开始向综合的探测方向发展，比如现在已经出现的空基与地基的集合，常规的观测手法与非常规的观测手法相集合的方法，多种的观测方法与先进的观测手段不断的结合，在观测的效果上不断的实现飞跃。

其次，观测开始出现系统性的发展，随着现在的观测工具的不断发展，新的科技水平下方法和工具上的进步也越来越快，无论是从信息的采集以及处理等方面都开始出现网络化系统性的发展趋势，

第三，观测的自动化发展方向。现在，很多的自动化的设备已经开始在气象观测中慢慢的使用，尤其是现在使用相对比较广泛的遥感卫星技术。很多的自动化的遥感设备慢慢的出现在大气探测领域中，使得观测更加方便和精确。

最后，观测的精度进一步的加强，观测的工具以及观测的方法的进步使得观测在结果上有了更大的进步，更强的观测手段必然产生更精确的结果，高精度高分辨率的观测使得气象的资料精确度有了明显的提升。

2 中尺度天气以及大气探测资料在中尺度天气中的应用

2.1 中尺度天气系统及其特征

中尺度谱段是大气中各尺度系统时、空规模的数量等级中的一段，研究水平空间尺度100km～103km量级、时间尺度103s～105s量级的大气现象。考虑到不同规模的中尺度系统有相异的特征，在中尺度谱段中再分为三类，即中α尺度（102 km～103km，1天～5天）、中β尺度（101km～102km，3小时～1天 ）和中γ尺度（100km～101km，1小时），它们分别和飓风、飑线、雷暴单体等中尺度天气系统相对应。

中尺度的天气系统在很多的特征上与大尺度天气的气象系统是不同的，总体来说，主要可以概括为以下几个基本的特征：

首先，中尺度天气系统的水平尺度小，生命周期相对较短。在中尺度的天气系统中，水平空间上的尺度在100 km～103km量级之间，强烈对流性的中尺度天气系统的水平尺度会更加的小，只在101km～102km量级之间，其垂直尺度在10km左右，生命周期在几个小时到一天之间。

其次，中尺度天气系统的要素梯度更大，天气更加的强烈。中尺度天气系统区别于大尺度天气系统的一个最主要的特点就是气象要素的梯度更加的大。比如，在飑线中尺度系统区，气压梯度达1～3hPa/km，温度梯度达5℃/10km；飑线过境，气压涌升1hPa/1～2min，温度骤降1℃/1min。

最后，中尺度天气的非地转平衡和非静力特征。在大尺度的天气系统中，运动是准地转的，大尺度的天气系统中空气的运动近乎于维持在地转的平衡或者是梯度风的平衡。但是，在中尺度的天气系统中，加速度同地转偏向力以及气压的梯度力有相同的数量级，这对于空气运动来讲有同等的重要性，所以运动是非地转的，风向以及等压线是相互垂直的。

同时，在垂直的方向上，大尺度的天气系统中运动是准静力平衡的，但是在对流性的中尺度天气系统中，空气的运动是非静力的系统，浮力可以推动气块产生比较强的垂直加速度，这样会导致比较强烈的天气生成。

2.2 大气探测资料在中尺度天气中的应用

在近年来的中尺度气象学研究中，大气的探测资料取得了很快的发展和进步，这是大气科学领域中发展的相对比较快的一个部分，但是由于中尺度暴雨还是一个相对比较复杂的现象，还有很多的问题，这就需要大气探测资料在中尺度天气中进行充分的应用，在今后的发展中，气象资料在中尺度气象研究中主要可以在一下几个方面发挥作用：

1）新兴的大气探测实验对中尺度天气的研究提供新的数据支持。随着世界上的科技技术和制造技术的不断发展，新的探测工具和方法将产生更先进的探测资料，这样对于中尺度天气的研究会有很大的推动作用；2）暴雨资料在中尺度天气研究中会体现重要的作用。因为我国是一个暴雨相对比较多的国家，我国在夏天的主要面对的气象灾害就是暴雨，在暴雨的气象资料的分析和研究上，我国可以借助先进的气象观测手段获取一手的资料，这些资料对于中尺度暴雨的研究会有很大的推动作用；3）新的气象资料的研究方法和理论对于中尺度气象的研究会有很大的推动作用。在新的气象资料获取的过程中，虽然新的工具对这些资料的获得有很大的帮助和作用，但是在一定的程度上，新的研究工具必须借助新的手段进行，研究方法是进行研究的基础，所以针对中尺度的研究，气象资料所起到的作用不仅仅是一个资料的基础性的作用，研究方法上的作用对科学研究的推动作用也同样重要。

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