中国气象局北京城市气象研究院
扎根实践土壤攻克城市气象难题
来源:中国气象报   发布时间:2021-01-14
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  “聚焦城市气象机理和区域数值模式体系两个核心,保持研究定力长效发展”“承担国家级科技项目36项、省部级23项”“7项科技成果获省部级科技奖励,睿图6个模式系统完成转化应用”……凭借过硬成果,在2020年国家级气象科研院所评估中,中国气象局北京城市气象研究院(以下简称“城市院”)各项关键指标名列前茅,综合实力在八家国家级气象研究机构中排名第一。城市院实现从所到院的华丽转身后,学科体系更加完善,优势领域研究成果在国际频频亮相,成果业务转化率、辐射率持续提升。

  瞄准前沿:揭示城市气象复杂作用机理

  近年来,城市应对灾害的脆弱性日益显现,在城市建设和发展中一系列气象难题亟待解决。作为国内首家专攻城市气象研究的科研机构,城市院直面难题,依托国际科技合作项目“城市对降水和雾-霾影响科学试验”(SURF),潜心研究城市气象复杂作用机理。

  在城市降水研究方面,研究团队选取北京夏季对流性降水案例,分析研究城市下垫面在不同热力条件下对降水的影响。

  科研人员发现,强热岛条件下,城市地区低层大气更加不稳定,对流系统在城区增强,降水在城区增多;弱热岛条件下,受城市下垫面影响,对流系统在经过城市中心时垂直速度明显减小、对流减弱,而城市两侧的对流系统中垂直速度增大、对流增强,降水集中分布在城区周围,出现“分叉现象”。

  基于此结论,团队将城市对降水影响分为“强热岛-城区增强”和“弱热岛-降水分叉”两种类型,揭示了不同城市热岛强度条件下城市下垫面对降水的影响机制。

  团队还利用夏季京津冀地区3851个自动站数据,对夏季短时强降水空间分布、日变化特征进行分析,进一步揭示了地形、海陆交错和大城市下垫面对短时强降水分布的影响,以及山麓地区、渤海湾海陆交错地区在短时强降水形成和传播过程中的重要作用。

  不仅如此,SURF项目的研究范畴还包括城市边界层研究、城市对雾-霾影响分析。经过多年攻关,研发团队加深了对京津冀复杂下垫面地气交换过程和边界层三维结构的认识,解决了夜间边界层高度判定、残留层识别等一系列学科难题,揭示了局地环流等气象条件对雾-霾的影响,阐明了气溶胶对辐射、热岛、边界层和降水的影响机理。部分研究成果已经应用于气象数值预报模式。SURF项目还被世界气象组织3个工作组列入联合研究示范项目。

  目前,城市院已逐步形成城市边界层与大气环境、强对流短时临近预报、区域数值天气预报、城市气候与生态发展等优势研究领域,城市气象学科体系更加完善。“在其专攻领域,城市院已经站在了时代的前列。”北京市“长城友谊奖”获得者美国圣何塞州立大学罗伯特·伯恩斯坦教授评价道。

  紧扣需求:科技成果“用得好”“扎下根”

  城市院的科研成果,并不是空中楼阁。院长苗世光表示,面向业务需求研发,是城市院科研工作的出发点,也是驱动力。

  汛期强对流临近预报一直是北京气象业务的重点、难点。为摸准强对流的“脾气”,城市院长期以提升0-24小时精细化客观预报预警准确率为目标,在短期数值天气预报和环境气象预报等关键技术方面集成创新,构建了快速更新多尺度分析和预报系统(睿图),实现了1公里分辨率网格化客观分析和预报产品0-24小时无缝隙、10分钟快速更新。

  在睿图的助力下,近年来北京晴雨预报准确率稳定达90%,大大小小的降水过程基本都被精准“捕捉”,中雨以上量级的降水预报准确率在“十三五”期间提高了22.6%。

  依托由北京市气象局牵头组建的“大北方区域数值模式体系协同创新联盟”,城市院指导联盟成员华北、东北、西北等地气象部门科研人员学习模式技术。

  通过各地科研人员对模式的系统学习和本地化引进,睿图-山西、睿图-内蒙古、睿图-东北,睿图-中亚等相继建立,直接服务各地气象预报业务以及“神舟十一号”飞船回收、“一带一路”国际合作高峰论坛等重大活动保障,睿图在我国北方地区“扎下根”。

  除了短临预报,城市院还将科研攻关的“触角”延伸到其他气象业务。通过设立首席研究员(流动岗),科研人员与气象观测、服务、信息人员围绕业务“痛点”开展有针对性的联合攻关,促进研究型业务发展,助力气象业务整体水平提升。

  秉承“明德、尚研、求是、创新”的院训,城市院将继续向着建设国际一流城市气象科技创新中心、科研业务紧密结合示范基地、城市气象人才培养基地的目标砥砺奋进。

(来源:《中国气象报》2021年1月11日三版 责任编辑:王美丽)

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