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青藏高原大气科学试验:在离天空最近的地方破译大气密码

来源:中国气象报   发布时间:2016年09月22日08:23
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  中国气象报记者赵晓妮

  头顶蓝天,高耸入云,青藏高原的身躯覆盖250多万平方公里,约占我国陆地面积的四分之一。这个世界上最高大、地形最复杂的高原,在全球大气环流、能量循环和水分循环中具有非常重要而特殊的作用,对我国大部地区乃至区域和全球的天气气候都产生重要影响。

  在中国气象局领导和有关职能司的大力支持下,中国气象科学研究院(以下简称“气科院”)按照第三次青藏高原大气科学试验领导小组的要求和专家指导组的指导建议,加强与试验参与单位的密切合作,推进天-地-空和新型设备相结合的立体观测与资料共享应用,加强青藏高原地-气物理过程及其对我国天气气候影响的原创性研究,目前在学科建设、人才培养、数据共享平台和网站建设等方面取得成果。

  向高原开启第三次征程

  青藏高原平均海拔高度在4500米以上,在如此高大身躯的阻挡作用下,大气环流运动在此分支、绕流;复杂地形和下垫面使得气流在高原面上产生波动、上升、下沉、涡旋。研究高原对大气的热力和动力作用、对大气环流的影响以及独有的天气系统(高原涡等),对提高高原及其影响地区的天气预报水平有很大的帮助,具有重大科学意义和社会价值。

  在过去几十年里,科学家对青藏高原进行过多次综合或单项科学考察。我国于1979年、1998年先后开展了第一、二次青藏高原气象科学试验,获得大量的气象资料,为研究高原气象做出了重大贡献。但是,面对辽阔而复杂的青藏高原,这些资料是远远不够的。

  2014年,第三次青藏高原大气科学试验启动。与前两次科学试验相比,此次试验在外场试验观测和研究内容上都加以改进:在青藏高原区域实现为期10年的天基—空基—地基三维立体综合观测,建立新一代卫星遥感、探空、雷达、地面长期综合观测系统,并充分利用中国气象局在青藏高原地区正在新建的业务观测网资料;前两次试验主要揭示青藏高原地面水、热平衡特征和边界层大气结构,而此次试验将从青藏高原边界层—对流层—平流层垂直大气结构的视角,深入认识青藏高原陆面过程、边界层过程、云降水物理过程、对流层-平流层交换过程的特征,并基于观测试验研究,发展适用于高原复杂地形的青藏高原陆面-大气耦合模式系统。

  外场加密观测试验“贡献”关键数据

  狮泉河、那曲、林芝、理塘、大理、温江……——高原上分布着此次试验边界层观测站网的13个边界层站,从2014年7月开始获取资料。2015年9月,高原地区46个土壤湿度和温度观测站网建成,开始获取数据;国家卫星气象中心于2015年8月完成了那曲及附近区域33个站建设,获取了分层的土壤温度和湿度连续观测数据。由此,青藏高原不同尺度结合的边界层组网观测顺利实施。

  同时,飞机、多种地基垂直指向雷达、微波辐射计、地面雨滴谱等多种空基和地基观测手段被用于研究高原典型云-降水物理过程。而在高原西部,对流层探空加密观测也开展起来。其中,气象探测中心和西藏自治区气象局在狮泉河、改则和申扎完成了三个自动探空站建设,并于2014年11月起按照业务规定开始运行,使高原西部地区缺少探空资料的情况得到了明显改善。此外,研究人员还结合国际前沿趋势开展了平流层、对流层大气成分观测。

  在努力获得观测资料的同时,为了更好发挥观测资料的效益,推动数据的广泛应用,本次试验加强了观测、质控、共享、应用研究的同步滚动开展。研究人员对多源数据进行质量控制和产品加工,提高了资料的可用性。例如国家卫星气象中心利用试验获取的土壤湿度资料评估和订正了我国“风云”卫星产品。

  目前,国家气象信息中心正在建设青藏高原观测试验数据的综合加工处理系统、数据库和数据共享平台,为后续科学技术研究提供综合观测基础数据。

  试验已取得部分原创性研究成果

  按照规划,第三次青藏高原大气科学试验第一阶段至2017年,距今只有一年时间。而全世界都在关注该试验取得的成果。截至目前,试验已经取得部分原创性研究成果,并得到应用。

  青藏高原独特的地气之间热量、水分交换过程困扰青藏高原气象学研究者多年。在本次试验中,研究者利用试验期间的边界层观测数据,计算了青藏高原11个边界层站在中性层结条件下的陆气动量和热量输送系数,发现高原西部狮泉河地区地面感热输送系数明显低于过去的常规认识,青藏高原的感热加热可能被高估。基于有限的边界层试验站观测资料和卫星产品,研发了从点到面的地表感热和潜热通量估算方法,建立了高原地区2001年至2012年地面感热和潜热通量数据集,并分析其变化趋势。这些结论都将有助于更深刻地认识高原陆气感热和潜热交换特征。

  此次试验中,卫星TBB数据显示,2014年夏季那曲是高原地区对流活动的中心。利用2014年得到的多种雷达观测数据,研究者进一步了解了青藏高原地区云的时空变化特征;利用高原试验加密观测资料及其他多源资料,分析了引发下游地区中尺度暴雨的高原系统演变特征及三维结构特征;探讨了高原天气系统与下游地区天气系统的相互作用及其对下游地区中尺度暴雨的触发机制;通过大量典型个例的综合分析,建立了高原天气系统影响下游地区降水的天气学模型。此外,还发展了利用高原强信号预测中国旱涝的方法。

塔中80米梯度铁塔探测系统。

  (来源:《中国气象报》2016年9月22日三版 责任编辑:王若嘉)

  

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