大氣探測(cè)資料在中尺度暴雨中的應(yīng)用

劉瑞全，張?jiān)谙?/p>

1.青島市氣象局，山東青島 266003

2.青島市氣象局氣象探測(cè)保障中心，山東青島 266003

0 引言

中國(guó)是一個(gè)暴雨相對(duì)比較多的國(guó)家，尤其是在中國(guó)的東南沿海地區(qū)，每年的夏季中國(guó)的暴雨都會(huì)出現(xiàn)在5d以上。每年由于暴雨我國(guó)的洪水受災(zāi)面積可以達(dá)到幾十萬(wàn)平方公里。在過(guò)去的幾十年中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們的制造能力不斷的提高，在空間的氣象探測(cè)領(lǐng)域人們?nèi)〉昧吮容^矚目的進(jìn)步。其中比較有代表性的就是空間的探測(cè)技術(shù)以及遙感探測(cè)技術(shù)。在這些新技術(shù)的幫助下，人們對(duì)于氣象變化的研究也變得更加深入，針對(duì)中尺度天氣的研究也越來(lái)越系統(tǒng)。本文將針對(duì)大氣探測(cè)技術(shù)發(fā)展背景下的大氣探測(cè)資料在中尺度天氣中的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行一定的分析和探討。

1 大氣探測(cè)技術(shù)

大氣探測(cè)作為大氣科學(xué)的一個(gè)重要的組成部分，是現(xiàn)在的氣象業(yè)務(wù)的基本組成部分，同時(shí)也是氣象服務(wù)發(fā)展的一個(gè)基礎(chǔ)所在。在日常的氣象工作中，要提高對(duì)于天氣預(yù)測(cè)的精準(zhǔn)率，就必須要提高大氣探測(cè)的水平。

在上世紀(jì)，大氣探測(cè)科學(xué)取得了很快的發(fā)展，其中的重要原因就是重視觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和新的大氣探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。到目前為止，國(guó)際上的幾個(gè)大型的大氣探測(cè)的研究計(jì)劃，比如全球能量和水分循環(huán)研究計(jì)劃，以及氣候變化與可預(yù)報(bào)性研究計(jì)劃、世界天氣研究計(jì)劃等都把探測(cè)的工具以及具體的觀測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)都放在首要的位置，并且在探測(cè)技術(shù)的層面積極的進(jìn)行新技術(shù)的發(fā)展和嘗試，比如近年來(lái)比較新興的空間遙感探測(cè)技術(shù)以及GPS技術(shù)等等。

而在這樣的發(fā)展背景下，今后大氣探測(cè)技術(shù)發(fā)展的總的趨勢(shì)可以概括為：

首先，大氣的觀測(cè)技術(shù)開(kāi)始向綜合的探測(cè)方向發(fā)展，比如現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)的空基與地基的集合，常規(guī)的觀測(cè)手法與非常規(guī)的觀測(cè)手法相集合的方法，多種的觀測(cè)方法與先進(jìn)的觀測(cè)手段不斷的結(jié)合，在觀測(cè)的效果上不斷的實(shí)現(xiàn)飛躍。

其次，觀測(cè)開(kāi)始出現(xiàn)系統(tǒng)性的發(fā)展，隨著現(xiàn)在的觀測(cè)工具的不斷發(fā)展，新的科技水平下方法和工具上的進(jìn)步也越來(lái)越快，無(wú)論是從信息的采集以及處理等方面都開(kāi)始出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)性的發(fā)展趨勢(shì)，

第三，觀測(cè)的自動(dòng)化發(fā)展方向?，F(xiàn)在，很多的自動(dòng)化的設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始在氣象觀測(cè)中慢慢的使用，尤其是現(xiàn)在使用相對(duì)比較廣泛的遙感衛(wèi)星技術(shù)。很多的自動(dòng)化的遙感設(shè)備慢慢的出現(xiàn)在大氣探測(cè)領(lǐng)域中，使得觀測(cè)更加方便和精確。

最后，觀測(cè)的精度進(jìn)一步的加強(qiáng)，觀測(cè)的工具以及觀測(cè)的方法的進(jìn)步使得觀測(cè)在結(jié)果上有了更大的進(jìn)步，更強(qiáng)的觀測(cè)手段必然產(chǎn)生更精確的結(jié)果，高精度高分辨率的觀測(cè)使得氣象的資料精確度有了明顯的提升。

2 中尺度天氣以及大氣探測(cè)資料在中尺度天氣中的應(yīng)用

2.1 中尺度天氣系統(tǒng)及其特征

中尺度譜段是大氣中各尺度系統(tǒng)時(shí)、空規(guī)模的數(shù)量等級(jí)中的一段，研究水平空間尺度100km～103km量級(jí)、時(shí)間尺度103s～105s量級(jí)的大氣現(xiàn)象?？紤]到不同規(guī)模的中尺度系統(tǒng)有相異的特征，在中尺度譜段中再分為三類，即中α尺度（102 km～103km，1天～5天）、中β尺度（101km～102km，3小時(shí)～1天 ）和中γ尺度（100km～101km，1小時(shí)），它們分別和颶風(fēng)、颮線、雷暴單體等中尺度天氣系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)。

中尺度的天氣系統(tǒng)在很多的特征上與大尺度天氣的氣象系統(tǒng)是不同的，總體來(lái)說(shuō)，主要可以概括為以下幾個(gè)基本的特征：

首先，中尺度天氣系統(tǒng)的水平尺度小，生命周期相對(duì)較短。在中尺度的天氣系統(tǒng)中，水平空間上的尺度在100 km～103km量級(jí)之間，強(qiáng)烈對(duì)流性的中尺度天氣系統(tǒng)的水平尺度會(huì)更加的小，只在101km～102km量級(jí)之間，其垂直尺度在10km左右，生命周期在幾個(gè)小時(shí)到一天之間。

其次，中尺度天氣系統(tǒng)的要素梯度更大，天氣更加的強(qiáng)烈。中尺度天氣系統(tǒng)區(qū)別于大尺度天氣系統(tǒng)的一個(gè)最主要的特點(diǎn)就是氣象要素的梯度更加的大。比如，在颮線中尺度系統(tǒng)區(qū)，氣壓梯度達(dá)1～3hPa/km，溫度梯度達(dá)5℃/10km；颮線過(guò)境，氣壓涌升1hPa/1～2min，溫度驟降1℃/1min。

最后，中尺度天氣的非地轉(zhuǎn)平衡和非靜力特征。在大尺度的天氣系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)是準(zhǔn)地轉(zhuǎn)的，大尺度的天氣系統(tǒng)中空氣的運(yùn)動(dòng)近乎于維持在地轉(zhuǎn)的平衡或者是梯度風(fēng)的平衡。但是，在中尺度的天氣系統(tǒng)中，加速度同地轉(zhuǎn)偏向力以及氣壓的梯度力有相同的數(shù)量級(jí)，這對(duì)于空氣運(yùn)動(dòng)來(lái)講有同等的重要性，所以運(yùn)動(dòng)是非地轉(zhuǎn)的，風(fēng)向以及等壓線是相互垂直的。

同時(shí)，在垂直的方向上，大尺度的天氣系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)是準(zhǔn)靜力平衡的，但是在對(duì)流性的中尺度天氣系統(tǒng)中，空氣的運(yùn)動(dòng)是非靜力的系統(tǒng)，浮力可以推動(dòng)氣塊產(chǎn)生比較強(qiáng)的垂直加速度，這樣會(huì)導(dǎo)致比較強(qiáng)烈的天氣生成。

2.2 大氣探測(cè)資料在中尺度天氣中的應(yīng)用

在近年來(lái)的中尺度氣象學(xué)研究中，大氣的探測(cè)資料取得了很快的發(fā)展和進(jìn)步，這是大氣科學(xué)領(lǐng)域中發(fā)展的相對(duì)比較快的一個(gè)部分，但是由于中尺度暴雨還是一個(gè)相對(duì)比較復(fù)雜的現(xiàn)象，還有很多的問(wèn)題，這就需要大氣探測(cè)資料在中尺度天氣中進(jìn)行充分的應(yīng)用，在今后的發(fā)展中，氣象資料在中尺度氣象研究中主要可以在一下幾個(gè)方面發(fā)揮作用：

1）新興的大氣探測(cè)實(shí)驗(yàn)對(duì)中尺度天氣的研究提供新的數(shù)據(jù)支持。隨著世界上的科技技術(shù)和制造技術(shù)的不斷發(fā)展，新的探測(cè)工具和方法將產(chǎn)生更先進(jìn)的探測(cè)資料，這樣對(duì)于中尺度天氣的研究會(huì)有很大的推動(dòng)作用；2）暴雨資料在中尺度天氣研究中會(huì)體現(xiàn)重要的作用。因?yàn)槲覈?guó)是一個(gè)暴雨相對(duì)比較多的國(guó)家，我國(guó)在夏天的主要面對(duì)的氣象災(zāi)害就是暴雨，在暴雨的氣象資料的分析和研究上，我國(guó)可以借助先進(jìn)的氣象觀測(cè)手段獲取一手的資料，這些資料對(duì)于中尺度暴雨的研究會(huì)有很大的推動(dòng)作用；3）新的氣象資料的研究方法和理論對(duì)于中尺度氣象的研究會(huì)有很大的推動(dòng)作用。在新的氣象資料獲取的過(guò)程中，雖然新的工具對(duì)這些資料的獲得有很大的幫助和作用，但是在一定的程度上，新的研究工具必須借助新的手段進(jìn)行，研究方法是進(jìn)行研究的基礎(chǔ)，所以針對(duì)中尺度的研究，氣象資料所起到的作用不僅僅是一個(gè)資料的基礎(chǔ)性的作用，研究方法上的作用對(duì)科學(xué)研究的推動(dòng)作用也同樣重要。

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