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    助力強對流預報預警,要扭住大氣垂直觀測這個“牛鼻子”

    大氣邊界層高時空垂直廓線觀測

    是氣象綜合觀測領域的關鍵難題

    構建高分辨率邊界層垂直觀測系統

    能更好助力城市中小尺度強對流天氣

    短時臨近預報預警

    眾所周知,水汽須借助氣溶膠顆粒物才能成云致雨。氣溶膠排放的增加會導致降水發生的不對稱性,一方面會使強降水增加,另一方面也會使毛毛雨減少。隨著我國經濟的快速發展,城市化進程明顯加速,與此同時氣溶膠排放增強、城市地面粗糙度改變,進而形成明顯的城市“熱島效應”,直至出現城市“雨島效應”,增加城市內澇風險。

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    城市邊界層-云之間的復雜相互作用可能導致現有邊界層和積云參數化方案難以實現城市區域對流天氣的準確預報,進而影響短時臨近降水預報的準確率。研究顯示,地面觸發的中小尺度對流系統是城市強降水的重要“制造者”之一,而中小尺度對流系統的觸發多發生在距離地面1千米至2千米以內的大氣邊界層內。

    因此,開展大氣的溫、濕、風、水凝物和氣溶膠等要素的垂直廓線觀測,獲取大氣邊界層內熱動力狀態及演變過程已成為城市強降水監測預警的重要前提,也是研究城市上空對流云和降水觸發和演變規律的“牛鼻子”。

    截至目前,無論是國內還是國際都缺乏降水之前從晴空到成云階段連續的大氣邊界層熱動力垂直廓線觀測,這也是氣象綜合探測領域的一個關鍵難題。

    近年來,隨著天基、地基和空基觀測網絡的不斷完善,可較好地反演大氣溫度、濕度等要素的垂直廓線信息。但是,由于現有的大氣垂直廓線觀測存在時空分辨率不足的問題,尤其是云下邊界層熱動力垂直觀測嚴重不足,導致現有觀測系統難以實現對流系統的全生命周期觀測,形成了現有氣象業務觀測系統“大網撈小魚”的窘境。

    另一方面,天氣雷達觀測系統僅能觀測到致雨的云系,難以刻畫從晴空到成云階段的大氣熱動力垂直廓線演變。因此,亟須在大氣垂直觀測條件良好的城市區域構建大氣邊界層溫、濕、風、水凝物和氣溶膠等要素的垂直廓線融合高時空分辨率觀測系統,以更好地支撐短時臨近預報。

    近年來,針對大氣邊界層垂直廓線觀測不足的問題,氣象部門已經開始以我國典型大城市氣象保障為出發點,積極開展不同天氣強迫條件下大氣邊界層精細結構及其演變機制、邊界層與對流系統相互作用等科研攻關。

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    專家表示,利用我國現有觀測系統和氣象監測預警補短板工程項目成果,構建城市區域金字塔形(5部風廓線雷達形成8個三角形)低層大氣垂直觀測網,開展從大氣邊界層到自由大氣層大氣廓線的立體化融合觀測,實現對晴空-成云-致雨全生命過程的無縫隙觀測,推進集合預報模式指導下國省市縣四級觀測指揮體系建設和快速循環更新資料同化系統研發,開展天氣適應性觀測試驗,以破解現有氣象垂直觀測系統中觀測不足、“大網撈小魚”的痛點問題。同時,還要加強對流前期信號研究,開發時空連續的大氣邊界層熱動力廓線產品,助力我國地球系統一體化模式中大氣邊界層和積云等參數化方案的跨越發展,進一步提升中尺度對流天氣預報預警水平。

    來源 | 中國氣象局氣象宣傳與科普中心(中國氣象報社)

    編輯 | 中國氣象局氣象宣傳與科普中心(中國氣象報社)全媒體記者 葉奕宏





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