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            組網觀測,追蹤成云致雨過程顯優勢

            發布時間:2022年07月15日 來源:中國氣象報社

            從單一探空到“超級站”組網觀測

            最早的系統化垂直觀測,是1902年德國氣象學家阿斯曼首創的橡膠氣球結合經緯儀,也就是國際上普遍采用的氣球探空。直到現在,探空資料仍是對天氣預報、數值模式發展有重要影響力的“鉚釘”觀測資料,并可幫助氣象衛星、飛機報等訂正觀測數據。

            探空觀測資料如此重要,那么,“每天多放幾個氣球”這個構想是否可行?

            理論上可以,但是現實不允許。因為探空觀測所需耗材和人力資源成本較大,即便多放幾個氣球,其觀測時間分辨率與精細刻畫三維大氣垂直結構的需求還相差甚遠。

            從2016年起,中國氣象局組織開展超大城市氣象觀測試驗,通過在北京、上海、廣州等超大城市建立的13個地基遙感垂直觀測網,開展風、溫、濕、水凝物(云和降水)、氣溶膠等“五條廓線”垂直觀測。試驗建立和發展了地基遙感垂直廓線網布局,數據質控、協同觀測等技術方法和垂直觀測產品體系,地基遙感垂直廓線觀測資料在數值模式中得到初步同化應用。

            以北京為例,依托超大城市氣象觀測試驗,在延慶、海淀、霞云嶺、上甸子、南郊、懷柔和平谷建設了7個垂直觀測“超級站”,同址布設了毫米波測云儀、微波輻射計、風廓線雷達、氣溶膠激光雷達等新型地基遙感垂直觀測設備,實現了地面至對流層頂垂直大氣的溫度、濕度、風、水凝物、氣溶膠等氣象要素的分鐘級觀測,建立了垂直觀測“單站產品—多源組合產品—組網產品—融合產品”四大類產品體系。

            自2020年開始,北京市氣象局氣象信息綜合顯示平臺已經接入微波輻射計、風廓線雷達觀測的風、溫、濕和水汽垂直廓線資料,預報員可以直接調用觀測數據作為參考。2021年,風廓線雷達資料完成預處理、質量控制和同化后,進入數值模式并實現業務化應用。

            評估數據顯示,在CMA-BJ模式中,風廓線雷達資料逐小時循環同化對風場預報的貢獻率提高了5%左右,對降水的預報也有改善。

            如何紓解資料不足之困

            目前,每天2次常規探空觀測,時間分辨率長達12小時,對于天氣變化過程的追蹤能力相對不足。

            微波輻射計、毫米波測云儀等垂直觀測設備可以24小時開機工作,提供實時監測產品,預報員可以根據其連續監測的數據做出相應的判斷。

            研究顯示,中小尺度對流系統發展快,且多發生于距離地面1—2公里以內的大氣邊界層內。但目前,從晴空大氣到成云再到致雨的大氣邊界層熱力動力垂直廓線觀測資料嚴重缺乏,制約了中小尺度預報能力的提升。不僅在中國,國際上也是如此,垂直資料的不足是氣象綜合探測領域的一個關鍵難題。

            也因此,構建垂直觀測系統,對晴空大氣—成云—致雨整個天氣演變過程開展精密監測,可以緩解資料不足之困,對中小尺度災害性天氣和海上臺風預報,以及高空水資源監測等至關重要。

            “十四五”期間,以錫林浩特高空基準氣候觀測站為國家垂直觀測基準站,其他130個常規探空站+地基遙感垂直觀測站為國家垂直觀測基本站,配合風廓線雷達網、GNSS/MET網、毫米波測云儀網、天氣雷達網等,并將通航商用飛機氣象觀測和國家級大型無人機觀測系統和氣象衛星垂直觀測系統等統籌納入,開展垂直觀測系統站網集成設計。

            垂直觀測產品是集毫米波測云儀、微波輻射計、風廓線雷達、氣溶膠激光雷達等觀測優勢,形成精細化的大氣溫度、濕度、風、水凝物、氣溶膠等多要素綜合產品。

            通過關鍵技術研究,中國氣象局氣象探測中心完成了從質控到研發的單站、組合、組網和融合四大類產品。相比常規觀測資料,垂直觀測產品的時間分辨率提升為分鐘級,探測高度可達對流層頂,對氣象監測預報預警服務能力的提升具有重要的意義。

            (作者:簡菊芳?責任編輯:閆泓)

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