奏響氣象科學(xué)的華章
——《中尺度氣象學(xué)研究——壽紹文學(xué)術(shù)論文選》評介

■ 姚秀萍 王巍巍

本書薈集了壽紹文教授及其研究生和合作者的部分研究成果，包括對臺風(fēng)、颮線、雷暴、冰雹、暴雨、強(qiáng)降雪、中尺度氣旋、龍卷等典型中尺度天氣系統(tǒng)和過程的成因、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、演變規(guī)律以及預(yù)報、診斷分析方法等進(jìn)行的系統(tǒng)分析和研究。

氣象出版社，2017年

20世紀(jì)20年代初和40年代，由挪威學(xué)派和芝加哥學(xué)派相繼分別建立的鋒面氣旋理論和大氣長波理論是現(xiàn)代天氣學(xué)發(fā)展的兩個重要里程碑。經(jīng)過長期研究，天氣學(xué)已經(jīng)逐漸發(fā)展為理論成熟的現(xiàn)代學(xué)科。它主要研究大氣中的大尺度（天氣尺度）天氣系統(tǒng)及其時空演變規(guī)律，它是短期（0～3 d）和中期（3～7 d）天氣預(yù)報主要的理論基礎(chǔ)。然而自20世紀(jì)50、60年代起，特別是到了70、80年代以后，氣象學(xué)家們通過對大量的雷達(dá)、衛(wèi)星、自動氣象站網(wǎng)等現(xiàn)代大氣探測資料的細(xì)致分析和研究，愈來愈深入認(rèn)識到大氣中的中小尺度天氣系統(tǒng)的存在及其作為許多嚴(yán)重災(zāi)害天氣的直接制造者和載體的重要作用?！按蟪叨拳h(huán)流搭臺，中尺度系統(tǒng)打造了各種激烈天氣”越來越成為共識，作為天氣學(xué)的一個重要分支的“中尺度氣象學(xué)”應(yīng)運(yùn)而生，并迅速發(fā)展成為一門內(nèi)容豐富、理論創(chuàng)新、體系臻善、具有一定獨(dú)立性的現(xiàn)代學(xué)科。

中尺度氣象學(xué)（Mesoscale Meteorology）是研究中尺度天氣系統(tǒng)及與其相聯(lián)系的嚴(yán)重災(zāi)害性天氣（如雷暴、暴雨、冰雹、龍卷、下?lián)舯┝鞯龋┨卣骷鞍l(fā)生發(fā)展規(guī)律的學(xué)科，它是各種強(qiáng)烈災(zāi)害天氣和高影響天氣的短期預(yù)報、甚短期預(yù)報（0～12 h）和臨近預(yù)報（0～2 h）的理論基礎(chǔ)，它是當(dāng)今大氣科學(xué)中最具重要意義和最有生機(jī)和活力的研究領(lǐng)域之一。

壽紹文教授長期從事國內(nèi)外有關(guān)中尺度氣象學(xué)的研究和教學(xué)，取得了大量成果?！吨谐叨葰庀髮W(xué)研究—壽紹文學(xué)術(shù)論文選》這本書薈集了壽紹文教授及其研究生和合作者的部分研究成果，包括對臺風(fēng)、颮線、雷暴、冰雹、暴雨、強(qiáng)降雪、中尺度氣旋、龍卷等典型中尺度天氣系統(tǒng)和過程的成因、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、演變規(guī)律以及預(yù)報、診斷分析方法等進(jìn)行的系統(tǒng)分析和研究。

該書內(nèi)容包括三大部分，第一部分為中尺度災(zāi)害天氣過程的觀測及機(jī)理研究，主要是通過常規(guī)地面、高空觀測、衛(wèi)星和雷達(dá)資料、加密觀測資料等數(shù)據(jù)，分析暴雨、颮線、雷暴、臺風(fēng)及外圍暴雨等中尺度系統(tǒng)發(fā)生前大尺度天氣背景特征，捕捉中尺度系統(tǒng)發(fā)生發(fā)展過程特點(diǎn)，研究大尺度環(huán)境對中小尺度系統(tǒng)發(fā)展的激發(fā)作用。在這一部分中著重研究的問題有：登陸臺風(fēng)與其外圍暴雨的相互作用；登陸臺風(fēng)維持和暴雨增幅的能量學(xué)機(jī)制；爆發(fā)性發(fā)展臺風(fēng)的環(huán)境場結(jié)構(gòu)；中尺度系統(tǒng)與臺風(fēng)降水增幅的關(guān)系；梅雨鋒中尺度切變線雨帶的動力結(jié)構(gòu)分析；江淮暴雨過程的β中尺度分析；1991年梅雨期江淮地區(qū)持續(xù)性暴雨降水強(qiáng)度的變化及其成因；雨暴的結(jié)構(gòu)；暴雨低渦結(jié)構(gòu)、成因及移動；強(qiáng)颮線過程的成因；強(qiáng)颮線過程的時間演變分析；“超級單體”雹云的成因及結(jié)構(gòu)；淮北冰雹過程；強(qiáng)對流天氣前期的層結(jié)特征；廣西雷暴分布特征及災(zāi)害成因分析；龍卷風(fēng)暴的成因等。根據(jù)觀測事實(shí)深入探討了各種嚴(yán)重災(zāi)害天氣的發(fā)生發(fā)展規(guī)律。

第二部分為中尺度天氣的數(shù)值模擬及診斷分析，主要包括位渦擾動、對稱不穩(wěn)定、Q矢量、干侵入、CAPE、螺旋度、次級環(huán)流、重力波等的相關(guān)理論和分析方法以及它們在中尺度天氣分析和預(yù)報中的應(yīng)用研究。在這一部分中著重研究的問題有：江淮暴雨過程中的濕位渦和對稱不穩(wěn)定性；暴雨中尺度氣旋發(fā)展與等熵面位渦分布的關(guān)系；條件性對稱不穩(wěn)定與梅雨鋒暴雨；高低空位渦擾動、非絕熱加熱與氣旋的發(fā)生發(fā)展的關(guān)系；暴雨中尺度低渦的數(shù)值模擬；Q-矢量的改進(jìn)；非地轉(zhuǎn)濕Q-矢量的應(yīng)用；CAPE在強(qiáng)對流天氣分析中的應(yīng)用；梅雨鋒生次級環(huán)流對暴雨的作用；冰雹過程的慣性重力波觀測及數(shù)值模擬研究；一次強(qiáng)降雪過程的中尺度特征；一次暴風(fēng)雪過程中的中尺度重力波特征及其影響等。主要結(jié)論有：低層位渦擾動的增強(qiáng)、高層位渦的下傳有利于地面氣旋的發(fā)展。濕Q-矢量散度對暴雨落區(qū)有較好的指示作用。螺旋度和有效位能分析有助于監(jiān)測預(yù)警強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展。鋒生次級環(huán)流是梅雨鋒暴雨增幅的重要動力機(jī)制，地轉(zhuǎn)項(xiàng)在暴雨初期占主導(dǎo)作用，觸發(fā)不穩(wěn)定能量的釋放，非地轉(zhuǎn)項(xiàng)對暴雨無明顯增幅作用，非絕熱項(xiàng)中的對流凝結(jié)潛熱項(xiàng)對暴雨增幅起了決定性作用。

第三部分為中尺度數(shù)值模式及衛(wèi)星、雷達(dá)等非常規(guī)資料的分析和在天氣預(yù)報中的應(yīng)用研究。在這一部分中著重研究的問題有：復(fù)雜地形對中尺度降水系統(tǒng)的影響的數(shù)值試驗(yàn)；邊界層參數(shù)化方案對暴雨數(shù)值模擬的影響；渤海對遼東半島大暴雨影響的數(shù)值試驗(yàn)；與登陸臺風(fēng)相聯(lián)系的水汽、云系和降水量；衛(wèi)星云紋理對云團(tuán)結(jié)構(gòu)識別及應(yīng)用；衛(wèi)星反演的干侵入強(qiáng)度在暴雨強(qiáng)對流天氣分析中的應(yīng)用；對流層頂干侵入與中緯度風(fēng)暴的關(guān)系；應(yīng)用單多普勒雷達(dá)資料反演風(fēng)場作暴雨中尺度分析；強(qiáng)對流天氣的多普勒雷達(dá)特征；利用中尺度數(shù)值模式產(chǎn)品建立暴雨落區(qū)潛勢預(yù)報等。主要結(jié)論有：通過敏感性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同的邊界層方案、下墊面性質(zhì)對暴雨的落區(qū)、強(qiáng)度、垂直速度、渦度等物理量場的分布都有一定影響，選擇合適的模式、模式方案對于中尺度的模擬尤為重要。此外，基于衛(wèi)星資料的紋理分析和干侵入分析方法、基于準(zhǔn)四維變分分析方法的多普勒雷達(dá)資料反演、暴雨落區(qū)潛勢預(yù)報、集合交叉相關(guān)方法等新方法的研究和應(yīng)用，有利于提高臨近預(yù)報、精細(xì)化預(yù)報水平，目前這些方法已應(yīng)用于實(shí)際業(yè)務(wù)中，并取得了明顯的效果。

該書是目前針對中尺度氣象研究不多的研究成果匯編，于2017年9月由氣象出版社出版。該書將為今后中尺度氣象的深入研究奠定基礎(chǔ)。