記成都高原氣象研究所西南渦加密觀測科學試驗

2015年西南渦加密觀測大氣科學試驗團隊合影。

　　一只南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國得克薩斯州的一場龍卷風。這是美國氣象學家洛倫茲1963年提出的“蝴蝶效應”理論。

　　在中國氣象局成都高原氣象研究所（以下簡稱高原所）所長李躍清眼中，西南渦更是一只吐水成雨的神秘怪獸。它在川西高原特殊地形和一定環流的共同作用下，在我國西南地區低空產生一種淺薄低渦，不僅影響本地，通過移動發展，還會給長江流域甚至我國東部廣大地區帶來強降水。1998年夏季我國長江流域歷史罕見的特大暴雨洪澇災害就與它直接相關。

　　西南渦，從“難題”到“認識”

　　西南渦是一個相當重要的中尺度天氣系統，影響我國夏半年異常暴雨洪澇災害，主要集中發生在九龍、巴塘、德欽、康定、昌都一帶，其次是四川盆地及小金一帶，其造成的暴雨天氣強度、頻數和范圍僅次于臺風，是我國位居第二的暴雨災害系統。

　　“以前我們都研究它的存在與影響，但卻難以系統認識其真實面貌與變化特征。”高原所副所長王順久表示，長期以來，西南渦及其暴雨一直是高原天氣學研究的重點和難點。

　　為了搞清楚西南渦的形成機理、結構，生成、發展、移動和消亡的過程。在中國氣象局國家基本科研業務經費的支持下，2010年，高原所啟動了西南渦加密觀測科學試驗，該科學試驗是青藏高原大氣科學試驗的重要部分與前期計劃。

　　“我們考慮到在現有觀測資源的條件下，數據資料的時空分辨難以對西南渦進行有效地捕捉、監測與追蹤，也就難以對西南渦的演變過程及其影響機制進行全面系統的研究。”李躍清表示，此次科學試驗主要是根據西南渦的活動區域、時空分布、影響路徑等基本特征和研究業務需求，在現有業務觀測站網基礎上，通過有針對性地提高整個觀測網絡的觀測頻率和新建探空站點來實現有效加密觀測。

　　經過前期研究與科學設計，在每年的6月21日起，高原所在西南渦系統的主要活動區域與影響區域進行連續41天的時間和空間加密觀測。通過近六年連續的西南渦加密觀測科學試驗，高原所獲得了寶貴的高分辨率西南渦“過程觀測”資料，提升了對西南渦的整體認識，實現了對西南渦發生、發展、移動及影響過程的高時空分辨率監測，特別是加密時次的高空探測資料為提高強降水天氣預報準確率提供了有力保證。

　　創新運作模式，解決“兩張皮”

　　由于青藏高原大地形及其東側陡峭地形的影響，西南地區是世界上數值模式預報性能最薄弱的地區。如何改進這一復雜地形區的模式預報水平，既是一個困難的理論問題，又是一個迫切的業務問題。西南渦大氣科學試驗資料應用到西南區域數值預報業務系統后，憑借可靠的資料質量和高可信度，改進了模式的初始場質量，改善了降水業務預報，尤其是區域性暴雨天氣預報。

　　“西南渦外場加密觀測試驗，我們始終遵循邊試驗、邊科研、邊應用的理念。”據王順久介紹，試驗觀測與資料傳輸均參照現行業務規范執行，所有資料都通過四川省氣象探測數據中心，為科研與業務人員分析提供實時共享服務，直接服務于氣象臺的天氣預報業務。

　　為了充分利用和發揮西南渦加密觀測大氣科學試驗數據資料的時效性，強化試驗資料對實際天氣預報業務的支撐，該所通過將西南渦試驗數據資料實時傳輸進西南區域氣象中心氣象信息綜合分析處理系統，使預報員能及時調用并進行分析預報。

　　“這種將科研與業務結合的創新運作模式，我們從西南渦試驗設計之初就充分研討過。”李躍清告訴記者，試驗數據的使用使得預報員能夠較為準確地分析出在常規觀測資料下，無法分析出地低渦、切變（輻合）線的位置及其移動，有利于更加準確地預報出暴雨的落區。

　　目前，從加密觀測試驗資料在西南區域中心模式系統和國家中尺度數值預報模式系統中的應用分析，都可以明顯看到：同化了西南渦科學試驗加密觀測資料的降水預報評分都高于沒有同化西南渦加密觀測資料的預報，提高了數值天氣預報業務水平。

　　在“4·20”蘆山大地震中，西南區域數值模式系統就因這一特征，通過抗震救災氣象預報服務，在防御暴雨洪澇、山地災害，指揮人員成功避險、財產安全轉移上，避免了傷亡和損失，經濟、社會和生態效益巨大，受到政府和群眾的贊揚。

　　六年不懈耕耘，結出累累碩果

　　在國家自然科學基金、“973”計劃項目的進一步支持下，高原所將西南渦加密觀測試驗年復一年地延續下來。到2015年，已經持續開展6年，在西南渦及其暴雨的科學理論、預報關鍵技術、實際業務應用、專業人才培養等方面，取得了一系列的創新性成果，推動了高原天氣理論、技術及其業務的發展，在國內外產生了很好的影響。

　　六年間，高原所以西南渦科學試驗為基礎，建立了西南渦加密觀測數據集，不僅豐富了高原所高原氣象數據中心，也使其成為一個共享平臺，為中國氣象局、中國科學院、高等院校以及湖北、甘肅、新疆、云南等相關部門提供了一手資料。

　　2012年以來，通過應用西南渦加密觀測科學試驗等資料，高原所在國內外發表論文30多篇，其中核心期刊10篇、SCI論文6篇。這些基于西南渦加密觀測試驗的理論成果，得到國際同行的認可，并給予了很高評價，一致認為：西南渦加密科學試驗及其研究是對次天氣尺度天氣學和動力氣象學的一個堅實貢獻。

　　此外，西南渦加密觀測大氣科學試驗還成功地破除了高層次觀測與試驗人才非常缺乏的困局。2013年后，高原所在四川省氣象局統一部署下，根據實際情況不斷改進和完善組織形式，提出了高原所負責提供技術培訓指導和試驗經費，當地氣象局負責承擔全部探空觀測任務的試驗方案。通過不斷完善，高原所培養了一大批熟悉高原氣象觀測與試驗的科研業務人員，對高原氣象綜合觀測與試驗人才隊伍建設起到了重要的推動作用。

　　李躍清表示，西南渦加密觀測大氣科學試驗是氣象觀測、預報和科研互動的成功實踐，高原所將會努力堅持做下去，進一步揭示西南渦中尺度系統活動和發生發展的內在特征與演變機理，提高對西南渦活動規律的科學認識，發展西南渦預測預報新技術，將更多成果應用于氣象業務。他期待著能在高原天氣系統研究中不斷取得更大突破，產生更多原始創新成果，推進高原天氣學科進步，服務我國經濟社會發展，讓人民安居樂業。