青藏高原大氣科學試驗:在離天空最近的地方破譯大氣密碼

　　中國氣象報記者趙曉妮

　　頭頂藍天，高聳入雲，青藏高原的身軀覆蓋250多萬平方公裡，約佔我國陸地面積的四分之一。這個世界上最高大、地形最複雜的高原，在全球大氣環流、能量循環和水分循環中具有非常重要而特殊的作用，對我國大部地區乃至區域和全球的天氣氣候都產生重要影響。

　　在中國氣象局領導和有關職能司的大力支持下，中國氣象科學研究院（以下簡稱「氣科院」）按照第三次青藏高原大氣科學試驗領導小組的要求和專家指導組的指導建議，加強與試驗參與單位的密切合作，推進天-地-空和新型設備相結合的立體觀測與資料共享應用，加強青藏高原地-氣物理過程及其對我國天氣氣候影響的原創性研究，目前在學科建設、人才培養、數據共享平臺和網站建設等方面取得成果。

　　向高原開啟第三次徵程

　　青藏高原平均海拔高度在4500米以上，在如此高大身軀的阻擋作用下，大氣環流運動在此分支、繞流；複雜地形和下墊面使得氣流在高原面上產生波動、上升、下沉、渦旋。研究高原對大氣的熱力和動力作用、對大氣環流的影響以及獨有的天氣系統（高原渦等），對提高高原及其影響地區的天氣預報水平有很大的幫助，具有重大科學意義和社會價值。

　　在過去幾十年裡，科學家對青藏高原進行過多次綜合或單項科學考察。我國於1979年、1998年先後開展了第一、二次青藏高原氣象科學試驗，獲得大量的氣象資料，為研究高原氣象做出了重大貢獻。但是，面對遼闊而複雜的青藏高原，這些資料是遠遠不夠的。

　　2014年，第三次青藏高原大氣科學試驗啟動。與前兩次科學試驗相比，此次試驗在外場試驗觀測和研究內容上都加以改進：在青藏高原區域實現為期10年的天基—空基—地基三維立體綜合觀測，建立新一代衛星遙感、探空、雷達、地面長期綜合觀測系統，並充分利用中國氣象局在青藏高原地區正在新建的業務觀測網資料；前兩次試驗主要揭示青藏高原地面水、熱平衡特徵和邊界層大氣結構，而此次試驗將從青藏高原邊界層—對流層—平流層垂直大氣結構的視角，深入認識青藏高原陸面過程、邊界層過程、雲降水物理過程、對流層-平流層交換過程的特徵，並基於觀測試驗研究，發展適用於高原複雜地形的青藏高原陸面-大氣耦合模式系統。

　　外場加密觀測試驗「貢獻」關鍵數據

　　獅泉河、那曲、林芝、理塘、大理、溫江……——高原上分布著此次試驗邊界層觀測站網的13個邊界層站，從2014年7月開始獲取資料。2015年9月，高原地區46個土壤溼度和溫度觀測站網建成，開始獲取數據；國家衛星氣象中心於2015年8月完成了那曲及附近區域33個站建設，獲取了分層的土壤溫度和溼度連續觀測數據。由此，青藏高原不同尺度結合的邊界層組網觀測順利實施。

　　同時，飛機、多種地基垂直指向雷達、微波輻射計、地面雨滴譜等多種空基和地基觀測手段被用於研究高原典型雲-降水物理過程。而在高原西部，對流層探空加密觀測也開展起來。其中，氣象探測中心和西藏自治區氣象局在獅泉河、改則和申扎完成了三個自動探空站建設，並於2014年11月起按照業務規定開始運行，使高原西部地區缺少探空資料的情況得到了明顯改善。此外，研究人員還結合國際前沿趨勢開展了平流層、對流層大氣成分觀測。

　　在努力獲得觀測資料的同時，為了更好發揮觀測資料的效益，推動數據的廣泛應用，本次試驗加強了觀測、質控、共享、應用研究的同步滾動開展。研究人員對多源數據進行質量控制和產品加工，提高了資料的可用性。例如國家衛星氣象中心利用試驗獲取的土壤溼度資料評估和訂正了我國「風雲」衛星產品。

　　目前，國家氣象信息中心正在建設青藏高原觀測試驗數據的綜合加工處理系統、資料庫和數據共享平臺，為後續科學技術研究提供綜合觀測基礎數據。

　　試驗已取得部分原創性研究成果

　　按照規劃，第三次青藏高原大氣科學試驗第一階段至2017年，距今只有一年時間。而全世界都在關注該試驗取得的成果。截至目前，試驗已經取得部分原創性研究成果，並得到應用。

　　青藏高原獨特的地氣之間熱量、水分交換過程困擾青藏高原氣象學研究者多年。在本次試驗中，研究者利用試驗期間的邊界層觀測數據，計算了青藏高原11個邊界層站在中性層結條件下的陸氣動量和熱量輸送係數，發現高原西部獅泉河地區地面感熱輸送係數明顯低於過去的常規認識，青藏高原的感熱加熱可能被高估。基於有限的邊界層試驗站觀測資料和衛星產品，研發了從點到面的地表感熱和潛熱通量估算方法，建立了高原地區2001年至2012年地面感熱和潛熱通量數據集，並分析其變化趨勢。這些結論都將有助於更深刻地認識高原陸氣感熱和潛熱交換特徵。

　　此次試驗中，衛星TBB數據顯示，2014年夏季那曲是高原地區對流活動的中心。利用2014年得到的多種雷達觀測數據，研究者進一步了解了青藏高原地區雲的時空變化特徵；利用高原試驗加密觀測資料及其他多源資料，分析了引發下遊地區中尺度暴雨的高原系統演變特徵及三維結構特徵；探討了高原天氣系統與下遊地區天氣系統的相互作用及其對下遊地區中尺度暴雨的觸發機制；通過大量典型個例的綜合分析，建立了高原天氣系統影響下遊地區降水的天氣學模型。此外，還發展了利用高原強信號預測中國旱澇的方法。

塔中80米梯度鐵塔探測系統。

　　（來源：《中國氣象報》2016年9月22日三版 責任編輯：王若嘉）