横断山脉群位于青藏高原东南部,是我国生物资源、气候资源和水资源丰富地区,也是我国气候系统关键区。
世界屋脊之下,隐藏着天气预报难度“天花板”。准确把握横断山区的天气气候特征,始终是气象科技面临的一大难题。2021年,中国365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季印发《西南地区业务能力提升建设方案(2021—2025年)》(以下简称《方案》),并成立中国365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季横断山区(低纬高原)灾害性天气研究中心(以下简称“研究中心”)。研究中心自成立以来,以《方案》为指引,抓住核心关键集智攻关,取得了阶段性成果。
构建“一中心两基地”平台,打造科技创新引擎
云南是横断山区复杂地形的典型代表省份,西部横断山脉对云南天气气候的影响及复杂地形导致的局地强降水预报,东部地区特有天气系统昆明准静止锋影响下的温度预报、降水相态预报等,一直是业务服务中的难题。
在中国365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季指导下,云南省365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季以预报业务为切入点,开展研究性业务建设试点工作,进一步深化气象科技体制改革,推进业务科研深度融合。2021年5月,依托云南省365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季和中国气象科学研究院,中国365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季在云南成立研究中心,旨在整合预报业务科研资源,破解横断山区预报难题。
观测是预报和研究的基础,也是突破预报和科研瓶颈的先决条件。为获取第一手观测试验数据,研究中心建立了大理山地气象野外科学试验基地(大理国家气候观象台)和昆明准静止锋科学试验基地(弥勒),并将其打造成研究中心的两个重要科学试验基地。依托这两个基地,研究中心构建了横断山脉中西部复杂地形区降水协同观测和昆明准静止锋协同观测两张科学试验观测网,支撑横断山区(低纬高原)复杂地形下的山地气象和昆明准静止锋的科学研究。
同时,聚焦“横断山脉及周边区域(低纬高原)山地强降水精细化特征和机理研究”“昆明准静止锋机理和预报方法研究”“数值预报产品评估和客观订正方法研究”“智能预报预警技术研究”四个重点研究方向,研究中心广纳贤才,组建四个攻关团队,构建了一支高质量的山地气象科研业务骨干队伍。
目前,一批优秀研究成果已在预报服务业务中实现应用。2022年,研究中心“构建‘一中心两基地’科技创新平台 深化气象科技体制改革”被中国365体育app_365平台官方版下载_今日之时365天第二季全面深化气象改革领导小组办公室评为党的十九大以来全面深化气象改革的典型案例。
剑指预报难题,开展协同观测试验与研究
横断山区地理形势复杂,天气气候多变,每座山峰、每座丘陵、每条河流都可能形成监测区的“褶皱”。因此,需要不断优化站网布局,开展协同监测,尽可能准确及时地获取气象数据并开展相关研究,为解决预报难题增添底气。
研究中心在横断山西侧降水大值区新增马库、那邦、铜壁关自动观测站,与昔马、苏典共同组成横断山迎风坡降雨大值区特殊观测站网,开展横断山区强降水高时空密度的连续观测,积累并获取了区域较高质量基本气象要素观测资料集;同时,综合多源观测资料,分析总结了复杂山地区域降水量、降水频次、降水强度的时空分布特征以及降水日内变化特征在复杂山地区域的差异;针对降水极值和大值区开展细致分析和研究,初步揭示了横断山区强降水精细化特征、日变化空间差异和部分山地区域强降水形成机理。
昆明准静止锋,是横断山脉多发连阴雨天气的“幕后大佬”,也是研究中心攻关的重点。为此,研究中心积极推进弥勒昆明准静止锋科学研究试验基地建设,构建“一站两网”(弥勒气象综合观测站和昆明准静止锋局地地形影响观测网、东部联合观测组网)的站网布局,建立昆明准静止锋长期稳定的业务观测网。目前,昆明准静止锋观测试验已开展一年多,获取了大量的观测试验数据;完成《昆明准静止锋年鉴(2011—2020年)》 编写工作,提出了一种基于线性拟合的新的锋线客观判别方法,并对昆明准静止锋气候特征及其天气气候影响进行分析,初步建立了冷季昆明准静止锋影响云南的六种天气学概念模型等。
攻关核心关键,提升精细化预报预警能力
长期以来,复杂地形的数值预报一直是气象上的一大难点,症结在于不能真实再现地形效应。横断山脉及其周边地区,独特多样的地形地貌使得模式模拟的降水与实际存在明显偏差。而横断山脉作为气象灾害及其衍生灾害最严重的地区之一,无疑是检验数值预报能力的“深水区”。
大理苍山-洱海位于横断山区,属于中小尺度复杂地形的典型代表,研究中心在此初步建成了典型山地气象立体综合观测网,通过获取长时间序列、公里级分辨率的山地气象资料为开展相关研究和数值模式评估奠定了基础。
针对不同检验评估方法对复杂地形的适用性,研究中心开展了针对性研究。系统评估业务数值预报模式对横断山脉及其周边地区不同气象要素场的预报能力,理解高分辨率数值预报系统对典型山地灾害性天气的预报偏差及其关键影响因子,为完善数值模式检验评估业务提供技术支持;同时,研究不同数值模式的模拟偏差特征,为模式订正提供科学依据;此外,聚焦特殊地形和复杂下垫面背景下的数值模式产品释用客观订正方法,研究中心建立了基于精细化评估结果的高分辨率模式要素订正流程,该成果已应用于云南省智能预报业务。通过对比分析数值预报模式对横断山区降水与地形关系的模拟偏差特征,研究中心开展了气温预报最优滚动订正试验,大幅提高了模式预报准确率。
为将试验与研究成果尽快应用到预报预警业务,研究中心搭建了科研向业务转化的关键集成系统——“云南智能预报业务平台”,初步建成了灾害性天气、中小河流洪水、山洪地质灾害气象风险等3大类产品组成的无缝隙、智能预报“一张网”产品体系,实现全省气象部门省-市-县三级业务部署应用,有力支撑了云南气象防灾减灾服务,特别对云南“1262”精细化预报与响应联动机制的运行提供了保障。该联动机制2022年运行以来,实现了云南省主汛期洪涝灾害“零伤亡”,充分发挥了气象预报预警先导性作用,为筑牢气象防灾减灾第一道防线提供有力保障。
(作者:王美丽 责任编辑:栾菲)