气象科技创新工作会（探寻大气活动规律）

党的十八大以来，中国气象局围绕暴雨、强对流、龙卷等极端灾害性天气及青藏高原等高影响区域开展野外科学试验研究，揭示极端天气气候事件发生机理，提高天气气候预报预测准确率，形成了一批具有世界影响力的成果。

十年来，大气科学野外试验基础设施建设日趋完善。截至目前，已建成6个国家野外科学观测研究站和31个野外科学试验基地。试验基地充分利用学科及区位优势，吸引外部门专家和团队联合开展观测试验和合作研究，实现了数据和成果共享，并逐渐从天气、气候的机理研究拓展到对地球系统演化的全面探索。

这些成果离不开中国气象局党组的高位推动。2016年，《中国气象局野外科学试验基地管理办法》出台，2021年《“十四五”中国气象局野外科学试验基地发展规划》印发，为野外科学试验基地的发展指明了方向。

聚焦水资源与生态安全 探索“亚洲水塔”水分循环奥秘

9月17日，翼龙-2大型无人机从四川阿坝红原机场腾空而起，在三江源地区的阿尼玛卿冰川7500米高空成功下投12枚探空仪，与机载合成孔径雷达、大气微波综合廓线仪一起，实现对青藏高原大气垂直和下垫面的“扫描”，观测数据实时传回地面指挥系统。这是我国高空大型无人机气象观测专项计划——“海燕计划”在高原试验的首飞作业，也是第二次青藏高原综合科考任务中探索“亚洲水塔”冰川区大气水分循环奥秘的重要途径。

青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔，是地球第三极，是我国重要的生态安全屏障，作为我国天气系统的上游，直接影响我国生态安全、水资源供应、气候系统稳定。但由于地理环境制约，这里站点稀疏，气象数据严重不足。十年来，针对青藏高原的气象科学考察及试验有序开展——

2013年5月，第三次青藏高原大气科学试验正式立项，首次开展高原中部云降水物理特征的飞机-地基雷达-卫星遥感综合观测，实施高原陆面-边界层观测、云降水物理过程和大气水循环观测、臭氧和气溶胶观测、高原目标区与下游灾害天气过程协同观测等，观测试验站网的准业务运行填补了青藏高原中西部缺少土壤湿度和对流层常规气象要素探空资料的空白，实现了高原陆面-边界层-对流层的地空天一体化综合观测技术的重要突破。

2019年，第二次青藏高原综合科考任务一项目重点研究“西风-季风协同作用及其影响”瞄准气候变化关键区和敏感区，推进“亚洲水塔”大气水分循环综合观测平台建设，在海洋水汽源通道“隘口”墨脱布设了X波段相控阵雷达、云雷达等多类探测系统，构建了墨脱、珠峰北侧雷达超级站，实施了雅鲁藏布江沿江天-地-空一体化综合观测试验，填补“亚洲水塔”雅鲁藏布江区域典型复杂河谷地形云降水结构特征综合探测的空白；首次实现了西藏地区雷达综合观测数据与北京远程传输；开展了雅鲁藏布江水汽通道关键区-墨脱、珠峰地区云降水粒子微物理特征分析研究。

采用墨脱云雷达与再分析水汽通量数据，追踪墨脱水汽流“入口处”水汽轨迹，发现高原-海洋水汽源通道“隘口”及其对“雨窝”影响的特征；发现引发孤立对流型降水与“高架”对流型降雪、边界层附近强垂直风切变典型的“顺滚流”结构等珠峰地形特殊动力效应；开展了50米分辨率高分卫星与风云静止气象卫星联动监测试验，揭示了高原南坡海洋源水汽通道“隘口”对流云团对“冰川之乡”波密云降水过程影响轨迹特征；采用重力卫星水储量数据与观测站网多源信息相结合综合分析方法，发现江河源头降水与水储量高相关强信号的“敏感区”特征；发现亚洲水塔三江源视热源结构特征及其“供水系统”热力驱动机制；基于高分辨率卫星与业务观测站网数据相结合的变分分析，发现青藏高原降水量变率空间分布南北差异显著，提出高原“暖湿化变化趋势”与“亚洲水塔”降水区域性差异关联性特征的新认知；揭示冰川区降水“补给”变化是造成青藏高原南、北缘地区冰川退缩程度差异不可忽视的关键因素之一；基于卫星与多源观测数据综合分析，拓展了气候变化对高原冻土退化影响的新认知；发现高原地区季节冻土退化与植被变化呈关联性；揭示冻土融化-微生物种类和数量增加-碳排放增加-气候变暖的正反馈作用。

通过科考综合分析研究，构建了“亚洲水塔”水分循环“窗口效应”相关综合模型，揭示了高原与全球，乃至北极、南极构成水分循环相互关联的“三极联动”效应。

剑指灾害性天气发生机理 筑牢气象防灾减灾第一道防线

我国是世界上受气象灾害影响最严重的国家之一，特别是在全球变暖的背景下，灾害性天气更加频发、重发、并发。近年来，围绕极端灾害性天气，中国气象局持续开展野外科学试验研究，揭示极端天气气候事件发生机理，提高灾害性天气预测水平，减少人民群众生命财产损失。

直接观测是当今国际公认的获取台风结构特征的最佳途径。为破解台风内部精细结构直接观测资料稀缺的难题，从2014年开始，中国气象局上海台风研究所联合香港天文台组织实施台风强度变化科学试验，除常规观测外，还应用多类型无人机、风廓线雷达、激光雷达、微波辐射计、雨滴谱、梯度塔、浮标阵等观测设备，研发的基于火箭/导弹的下投探空系统也首次应用于台风观测并取得成功，为开展基于敏感目标观测奠定了基础。

2018年，中国气象局上海台风研究所依托国家重点研发计划项目“近海台风立体协同观测科学试验”构建地-海-空-天台风探测系统，获取多个近海台风的三维精细结构特征的直接观测资料，并改进近海台风数值模式，使台风24小时路径预报误差从2015年的87公里降至71公里，其中12级以上台风的预报误差降至55公里。2020年8月，大型无人机按照“海燕计划”既定规划投下30枚探空仪，对台风“森拉克”开展“CT式”扫描。随着大量观测数据被实时传回地面指挥系统，我国首次高空大型无人机台风综合观测试验圆满成功。

针对我国描述季风暴雨精细动力物理结构认识模糊、发生发展机理认识不够深入、模式物理过程参数化方案的适用性有待评估和改进、对流可分辨集合预报扰动方法不足等问题，自2019年开始，中国气象局在广东开展华南暴雨的微物理和动力精细结构综合观测试验，基于获取的12次暴雨过程观测数据，形成了3公里水平格距逐小时格点分析场以及集合预报初始场，并于今年8月开展了我国首次七波段雷达联合观测试验。利用多平台联合观测数据，深化了次季节尺度扰动、天气尺度系统、中小尺度过程造成暖区暴雨的多尺度作用机理，首次揭示了以华南沿海为代表的全球季风海岸极端降水的微物理统计特征，将暴雨动力学研究推进到γ-中尺度及其与微尺度过程的耦合，获得了季风海岸超大城市群气溶胶-云相互作用的新认识，并阐述了暖区暴雨触发和发展的地面冷池、海陆差异、地形、城市等复杂下垫面影响的物理过程。

基于观测资料、机理研究和数值模拟，优化建立了对华南暴雨定量降水预报有正贡献的云微物理参数化方案、近地层参数化方案和边界层参数化方案，创新研建了针对华南暖区对流触发的可分辨集合预报扰动方法和试验系统，华南前汛期暴雨概率预报技巧较2018年提高20%以上。

中国气象局雷电野外科学试验基地已建成集试验、观测和防护测试为一体的、先进的雷击机理和防护试验研究平台，迄今已成功触发闪电200余次，其中大电流回击过程500余次，在人工引雷技术的发展及应用方面走在国际前沿，其成果直接推动了多个领域雷电防护技术的创新研发和应用；在广州建成了具有国际影响力的高建筑物雷电观测站，首次发现了雷电连接过程中先导之间的侧击行为，揭示了闪电通道精细化发展特征；构建闪电多维度特征与雷暴结构关系的新模型，深入揭示了闪电活动规律；研发高精度闪电探测和定位技术，建设了基于低频及甚高频信号的三维定位示范网，实现了对全闪活动的高效率探测以及对闪电通道发展形态的高时空分辨率描绘；研发的“雷电临近预警系统”与国家级短时临近预报系统(SWAN)集成，实现了大区域范围雷电活动的临近预警，并通过了天气预报科技成果业务转化认证；融合人工智能和数值模式，创新发展了雷电短时预报技术，实现了雷电活动0~12小时的逐小时循环预报。

瞄准“顽疾”开展针对性攻关

在中国气象局党组和地方力量的支持下，针对地域特色天气气候灾害的科学试验也在蓬勃开展——

博贺基地是我国重要的登陆台风野外试验基地，自2008年以来，已获取30多个台风的信息，建设的“登陆台风海-陆-气一体化协同观测系统”是2018年度国家科学技术进步二等奖“台风监测预报系统关键技术”项目的重要组成部分。

中国气象科学研究院固城生态与农业气象试验站地处华北平原北部灌溉高产农业区，针对干旱、冻害、霜冻、干热风、高温热害、风灾等主要农业气象灾害，开展长期系统的农业气象研究，提高农业气象服务的科技水平，保障我国粮食安全。

秦岭国家综合气象观测专项试验外场利用风廓线雷达、微波辐射计、激光雷达及X波段相控阵天气雷达、风云四号A星等探测资料，结合加密自动站、Micaps、多普勒雷达等资料，提高多源资料综合、客观应用水平。

为全面贯彻落实生态文明思想和关于“一湖两海”的重要批示指示精神，2019年，乌梁素海湿地生态气象野外科学试验基地正式成立。几年来，基地先后开展乌梁素海流域碳水通量监测、气候承载力评估等生态环境遥感监测评估、巴彦淖尔市中小规模沙地调查和空中云水资源评估等相关研究，为乌梁素海湿地生态环境治理提供数据支撑。

塔克拉玛干沙漠气象野外科学试验基地是目前世界上唯一深入流动沙漠腹地200千米以上的大气科学综合观测试验站，涵盖梯度通量、辐射和涡动相关等探测系统，已建成以基地为主体，纵贯整个塔克拉玛干沙漠的“三纵一横”综合探测对比系统，2020年被科技部纳入国家级野外观测研究站。

在我国东南沿海建设有以福建霞浦为核心的基地和沿海站，浙江平阳（近海山地站）-浙江大陈岛（沿海岛屿站）以及上海宝山（沿海城市站）一站多点式的华东台风专业监测网。成功构建了多点协同观测结合野外机动观测的台风综合探测基地，先后成功追踪“利奇马”“烟花”“梅花”“玛利亚”等一系列高影响台风，系统完整地描述了台风登陆过程中的结构演变过程。

不止于此，四川高原陆气相互作用野外科学试验基地、湖北长江中游暴雨监测野外科学试验基地……都在各自天地之间，为气象数据获取和科技攻坚贡献力量。

中国气象局宣传科普中心（中国气象报社） 出品

作者：张艺博（徐祥德、简菊芳、王亮、赵平、金啟华、张胜军、罗亚丽、吕伟涛、汤杰、王祯晗、周成龙对本文有贡献）

编辑：杨奥清 简菊芳 王素琴

审核：段昊书 姜虹