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武汉暴雨研究所:为雨而生 打造区域气象科技创新高地

来源:中国气象报   发布时间:2016年09月21日10:37
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  中国气象报记者段昊书 李傲 通讯员林春泽 徐明

  四大“高科技”提高暴雨预报精准度

  2016年汛期,长江流域夏季暴雨天气频现,导致自1999年以来流域最严重汛情,特别是7月5日至7日,武汉的那场雨令暴雨所所长崔春光印象深刻——由于暴雨所办公楼所处地势较低,洪水将这里重重围困,有的同事要坐在挖掘机的“大铲子”里,被“送进送出”。

  事实上,在全球气候变暖的大背景下,近年来,我国暴雨天气的极端性、突发性、致灾性愈发明显;而随着“长江经济带”与“长江中游城市群”等国家发展战略的推进,各行各业对气象预报的精准度提出了更高要求。崔春光说,每念至此,都感觉肩头责任重大。

  据介绍,自2002年成立以来,暴雨所围绕我国陆地暴雨,特别是江淮梅雨锋暴雨、锋前暖区暴雨和登陆台风暴雨进行基础研究、应用研究和技术开发,形成以暴雨监测预警技术、中尺度暴雨机理、区域数值预报模式及关键技术、水文气象耦合关键技术等为代表的四大优势学科方向,取得一批具有较大应用价值的创新成果。

  ——在暴雨监测预警技术研究方面,该所通过科学实施外场联合观测,获取中尺度对流系统发生发展过程中较完备的宏观环境、云微物理和水汽降水观测数据集;发展多种新型探测资料的质量控制、综合反演和验证技术;开发强对流天气分类预警技术,研发新的中气旋、龙卷涡旋特征和下击暴流预警指标识别算法;探索建立强对流天气分类预警指标体系。

  ——在中尺度暴雨机理研究方面,该所加强对我国典型区域暴雨灾害性天气形成机理与多尺度系统作用演变规律的研究,揭示长江上游关键区强信号对下游暴雨形成的意义;建立山地-平原环流中尺度对流系统发生发展的概念模型,建立典型区域致灾暴雨中尺度系统的多尺度三维结构模型和暴雨发生发展的物理概念模型;提出引发持续性华南暴雨的长生命期准静止中尺度系统的物理概念模型;揭示锋面、季风槽和台风暴雨中尺度对流系统的激发、维持和再生等物理机制;建立华南前、后汛期不同类型持续性暴雨的物理概念预报模型。

  ——在区域数值预报模式及关键技术研发方面,该所从强化观测资料同化技术入手,实现非常规观测资料在华中区域模式中的业务化应用;开展边界层参数化和微物理过程参数化的适应性研究;通过三维变分法,利用卫星资料设计云分析系统,开展云分析技术和热启动技术研究,建成以暴雨预报为特色的华中区域1至3公里高分辨率逐小时快速更新循环同化预报系统;开展短期区域集合数值预报技术研究。

  ——在水文气象耦合关键技术研究方面,该所建立了我国典型区域重点流域的实时水文气象预报系统,实现水文气象监测、分析、预报一体化,提高雷达定量估算降水、精细化数值模式预报降水等产品在水文气象专业服务中的利用程度;基于降水集合预报产品,开展流域最大可能降水及洪水的预报技术研究,提高水文预报结果的可靠性。

  目前,暴雨所的“定量降水估计和短期定量降水预报关键技术及业务应用”与“流域水文气象耦合关键技术研究及其应用”两项科技成果,经第三方鉴定,已达到国际先进水平。该所研发的区域模式在暴雨预报方面的评分整体好于欧洲中期天气预报中心的相关模式;将定量降雨预报引入洪水预报影响试验,延长洪水预见期,提高了洪水预报精度,为长江流域防汛提供精准服务;作为核心单位参与研发我国短临预报系统SWAN;多源资料融合同化系统LAPS在国家气象中心业务平台试运行,并应用于多个省市部门及军队气象部门。

  暴雨所还在强对流天气识别预警技术、华中区域数值预报技术、云降水物理综合研究、流域水文气象预报、极端天气气候与地质灾害联合研究等五个方面进行了应用学科的拓展与辐射。近年来,在四川汶川、青海玉树的救灾现场,在北京奥运会、上海世博会、杭州G20峰会,在每年全国麦收工作现场会……人们都能看到暴雨所的科研成果。

  两大“抓手”保障改革前行动力永续 

  在崔春光看来,15年来,暴雨所前进的每一步,都是从改革中汲取力量。具体来说,就是以“人才队伍建设”与“开放合作发展”为抓手。

  长期以来,暴雨所视人力资源为“第一资源”,提出了“项目+基地+人才”的发展思路,注重培养能够承担国家重大项目、重点工程的高层次人才和科研骨干,采取多种办法改善科研队伍的学历结构、专业结构及年龄层次。

  2013年以来,暴雨所有8人晋升为正研级专家、7人晋升为副研级专家,副研以上人员比例达到61%;团队中硕士以上学位者达40人,占总数的81.6%,其中博士9人,占18%;年龄在40岁以下的30人,占61%,专业为天气、大气探测的共40人,占81.6%,基本形成规模适中、结构合理、专业性强的中青年研究群体。

  崔春光介绍,暴雨所注重依托重大科技项目培养青年科技人才——给青年人真正施展自己的舞台。譬如,在暴雨所主持承担的行业专项“华南持续性暴雨中尺度特征诊断分析和预报技术研究”、自然科学基金项目“长江流域中尺度对流暴雨系统的大范围积云分辨率数值模拟研究及相应的观测研究”等重大项目中,所内青年科研人员近20名参与其中,还有不少青年科研人员参与了与南京信息工程大学、中国气象科学研究院、国家气象中心、长江水利委员会等单位的合作项目。

  该所还依托优势学科领域重点打造学科团队,由团队学科带头人对青年科研人员的科学研究、论文撰写、申报职称等提供指导;设立多项青年基金项目;聘请来自美国国家海洋大气管理局(NOAA)、美国北达科他大学、夏威夷大学、南京大学及中国气象局的十余位知名专家为客座研究员,帮助青年科研人员快速成长。

  “创新是科研工作的生命力。要想创新,最忌讳闭门造车。”崔春光说。该所积极推进与国际、国内相关单位及科研院所、高校的交流、合作,多项合作内容被列入中美、中德、中澳政府间气象国际合作协议。在国家外专局及湖北省外专局的支持下,100多位外国专家访问暴雨所,对外合作方式也由“引进来”,发展到“走出去”。譬如,从2013年起,NOAA就出资邀请暴雨所参与某系统开发项目;该所也向NOAA、美国国家大气研究中心(NCAR)、马里兰大学等高校或机构派出访问学者。

暴雨所在广东鹤山布设的C波段双偏雷达观测站

  值得一提的是,该所主持的国家自然科学基金国际合作重大项目《地基、空基联合观测的梅雨锋降水云分析和微物理研究》、2016年国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项《灾害性天气资料同化与临近预报系统研究》——这两项重大国际合作项目已经获批。

  而从2012年9月起,该所就与国家气象中心建立联席会议制度;2014年与中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室签署合作备忘录;参加武汉大学牵头的水资源安全保障湖北省协同创新中心建设;与中国地质大学组建武汉极端天气气候与地质灾害联合研究中心;与军队气象部门、长江委员会水文局及长江科学院等,均进行了广泛而深入的项目合作。

  一个“小目标”瞄准公众及决策需求

  在“十三五”期间,暴雨所将如何借深化科技体制改革之“东风”,取得新的突破?

  崔春光说,在研究上,该所将优化学科布局,打造四支联合团队——以数值预报为核心的长江流域定量降水预报团队,围绕“资料融合同化技术”及“云微物理过程在模式中的作用”这两个方面开展技术攻关,打造具有区域特色与强天气特色的数值预报模式系统;以雷达技术应用为核心的强对流预警团队;重点关注暴雨次生灾害的水文与地质灾害联合研究中心;深入钻研云微物理规律的云物理研究中心。

  未来,暴雨所在观测上将跟踪“水汽传输-云的发展-降水形成-强降水演变”这一过程,加强国际合作,向上游地区延伸;理论上,要探究“高原影响-上游系统生成-移动和向下游传播-梅雨锋雨带形成-流域水情、汛情”这一演变、影响过程;方法上,将发展从暴雨监测分析预报到洪水预警这一系列关键技术,最终提高定量降水预报质量和洪涝灾害预警水平。

  崔春光透露,“十三五”期间,该所拟定的重点攻关项目包括:华中区域高分辨率逐时快速更新循环预报系统的研发、地基空基联合观测的梅雨锋降水云分析和微物理研究、夏季青藏高原东移云团引发长江流域暴雨的研究、灾害性天气资料同化与临近预报系统研究、我国典型区域致灾暴雨的多尺度相互作用特征及其灾害影响预测技术、大城市短历时强降水的中尺度分析和精细化预报研究、我国西部山地突发性暴雨预报理论和方法研究及其在山洪地质灾害预警中的应用,等等。

  “暴雨导致江河洪涝、西部山地暴雨引发地质灾害以及大城市内涝,这些都是社会关注度极高的热点问题;暴雨预报预警的精细化程度能否进一步提高,则事关政府与公众的迫切需求。只有瞄准需求,科技创新工作才会获得不竭动力;做好这一切,亦是气象科研工作者不容推卸的责任。”崔春光说。

  他与同事们展望,未来,能在暴雨研究领域取得更多核心技术突破,业务支撑平台及其产品持续改进,运行机制得到完善,队伍更加壮大——包括组建几支在全国有影响力的创新团队,最终,实现建成有影响、有贡献、有吸引力的“中国气象局武汉暴雨研究院”这个“小目标”。

  

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