作者:彭丽 来源:中国科学报 发布时间:2016/2/1 10:32:03
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记成都高原气象研究所西南涡加密观测科学试验

 

■本报记者 彭丽

 

2015年西南涡加密观测大气科学试验团队合影。

一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。这是美国气象学家洛伦兹1963年提出的“蝴蝶效应”理论。

在中国气象局成都高原气象研究所(以下简称高原所)所长李跃清眼中,西南涡更是一只吐水成雨的神秘怪兽。它在川西高原特殊地形和一定环流的共同作用下,在我国西南地区低空产生一种浅薄低涡,不仅影响本地,通过移动发展,还会给长江流域甚至我国东部广大地区带来强降水。1998年夏季我国长江流域历史罕见的特大暴雨洪涝灾害就与它直接相关。

西南涡,从“难题”到“认识”

西南涡是一个相当重要的中尺度天气系统,影响我国夏半年异常暴雨洪涝灾害,主要集中发生在九龙、巴塘、德钦、康定、昌都一带,其次是四川盆地及小金一带,其造成的暴雨天气强度、频数和范围仅次于台风,是我国位居第二的暴雨灾害系统。

“以前我们都研究它的存在与影响,但却难以系统认识其真实面貌与变化特征。”高原所副所长王顺久表示,长期以来,西南涡及其暴雨一直是高原天气学研究的重点和难点。

为了搞清楚西南涡的形成机理、结构,生成、发展、移动和消亡的过程。在中国气象局国家基本科研业务经费的支持下,2010年,高原所启动了西南涡加密观测科学试验,该科学试验是青藏高原大气科学试验的重要部分与前期计划。

“我们考虑到在现有观测资源的条件下,数据资料的时空分辨难以对西南涡进行有效地捕捉、监测与追踪,也就难以对西南涡的演变过程及其影响机制进行全面系统的研究。”李跃清表示,此次科学试验主要是根据西南涡的活动区域、时空分布、影响路径等基本特征和研究业务需求,在现有业务观测站网基础上,通过有针对性地提高整个观测网络的观测频率和新建探空站点来实现有效加密观测。

经过前期研究与科学设计,在每年的6月21日起,高原所在西南涡系统的主要活动区域与影响区域进行连续41天的时间和空间加密观测。通过近六年连续的西南涡加密观测科学试验,高原所获得了宝贵的高分辨率西南涡“过程观测”资料,提升了对西南涡的整体认识,实现了对西南涡发生、发展、移动及影响过程的高时空分辨率监测,特别是加密时次的高空探测资料为提高强降水天气预报准确率提供了有力保证。

创新运作模式,解决“两张皮”

由于青藏高原大地形及其东侧陡峭地形的影响,西南地区是世界上数值模式预报性能最薄弱的地区。如何改进这一复杂地形区的模式预报水平,既是一个困难的理论问题,又是一个迫切的业务问题。西南涡大气科学试验资料应用到西南区域数值预报业务系统后,凭借可靠的资料质量和高可信度,改进了模式的初始场质量,改善了降水业务预报,尤其是区域性暴雨天气预报。

“西南涡外场加密观测试验,我们始终遵循边试验、边科研、边应用的理念。”据王顺久介绍,试验观测与资料传输均参照现行业务规范执行,所有资料都通过四川省气象探测数据中心,为科研与业务人员分析提供实时共享服务,直接服务于气象台的天气预报业务。

为了充分利用和发挥西南涡加密观测大气科学试验数据资料的时效性,强化试验资料对实际天气预报业务的支撑,该所通过将西南涡试验数据资料实时传输进西南区域气象中心气象信息综合分析处理系统,使预报员能及时调用并进行分析预报。

“这种将科研与业务结合的创新运作模式,我们从西南涡试验设计之初就充分研讨过。”李跃清告诉记者,试验数据的使用使得预报员能够较为准确地分析出在常规观测资料下,无法分析出地低涡、切变(辐合)线的位置及其移动,有利于更加准确地预报出暴雨的落区。

目前,从加密观测试验资料在西南区域中心模式系统和国家中尺度数值预报模式系统中的应用分析,都可以明显看到:同化了西南涡科学试验加密观测资料的降水预报评分都高于没有同化西南涡加密观测资料的预报,提高了数值天气预报业务水平。

在“4·20”芦山大地震中,西南区域数值模式系统就因这一特征,通过抗震救灾气象预报服务,在防御暴雨洪涝、山地灾害,指挥人员成功避险、财产安全转移上,避免了伤亡和损失,经济、社会和生态效益巨大,受到政府和群众的赞扬。

六年不懈耕耘,结出累累硕果

在国家自然科学基金、“973”计划项目的进一步支持下,高原所将西南涡加密观测试验年复一年地延续下来。到2015年,已经持续开展6年,在西南涡及其暴雨的科学理论、预报关键技术、实际业务应用、专业人才培养等方面,取得了一系列的创新性成果,推动了高原天气理论、技术及其业务的发展,在国内外产生了很好的影响。

六年间,高原所以西南涡科学试验为基础,建立了西南涡加密观测数据集,不仅丰富了高原所高原气象数据中心,也使其成为一个共享平台,为中国气象局、中国科学院、高等院校以及湖北、甘肃、新疆、云南等相关部门提供了一手资料。

2012年以来,通过应用西南涡加密观测科学试验等资料,高原所在国内外发表论文30多篇,其中核心期刊10篇、SCI论文6篇。这些基于西南涡加密观测试验的理论成果,得到国际同行的认可,并给予了很高评价,一致认为:西南涡加密科学试验及其研究是对次天气尺度天气学和动力气象学的一个坚实贡献。

此外,西南涡加密观测大气科学试验还成功地破除了高层次观测与试验人才非常缺乏的困局。2013年后,高原所在四川省气象局统一部署下,根据实际情况不断改进和完善组织形式,提出了高原所负责提供技术培训指导和试验经费,当地气象局负责承担全部探空观测任务的试验方案。通过不断完善,高原所培养了一大批熟悉高原气象观测与试验的科研业务人员,对高原气象综合观测与试验人才队伍建设起到了重要的推动作用。

李跃清表示,西南涡加密观测大气科学试验是气象观测、预报和科研互动的成功实践,高原所将会努力坚持做下去,进一步揭示西南涡中尺度系统活动和发生发展的内在特征与演变机理,提高对西南涡活动规律的科学认识,发展西南涡预测预报新技术,将更多成果应用于气象业务。他期待着能在高原天气系统研究中不断取得更大突破,产生更多原始创新成果,推进高原天气学科进步,服务我国经济社会发展,让人民安居乐业。

《中国科学报》 (2016-02-01 第6版 院所)
 
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