大氣探測資料在中尺度暴雨中的應用

劉瑞全，張在霞

1.青島市氣象局，山東青島 266003

2.青島市氣象局氣象探測保障中心，山東青島 266003

0 引言

中國是一個暴雨相對比較多的國家，尤其是在中國的東南沿海地區，每年的夏季中國的暴雨都會出現在5d以上。每年由于暴雨我國的洪水受災面積可以達到幾十萬平方公里。在過去的幾十年中，隨著計算機技術的不斷發展以及人們的制造能力不斷的提高，在空間的氣象探測領域人們取得了比較矚目的進步。其中比較有代表性的就是空間的探測技術以及遙感探測技術。在這些新技術的幫助下，人們對于氣象變化的研究也變得更加深入，針對中尺度天氣的研究也越來越系統。本文將針對大氣探測技術發展背景下的大氣探測資料在中尺度天氣中的應用問題進行一定的分析和探討。

1 大氣探測技術

大氣探測作為大氣科學的一個重要的組成部分，是現在的氣象業務的基本組成部分，同時也是氣象服務發展的一個基礎所在。在日常的氣象工作中，要提高對于天氣預測的精準率，就必須要提高大氣探測的水平。

在上世紀，大氣探測科學取得了很快的發展，其中的重要原因就是重視觀測系統的建設和新的大氣探測技術的應用。到目前為止，國際上的幾個大型的大氣探測的研究計劃，比如全球能量和水分循環研究計劃，以及氣候變化與可預報性研究計劃、世界天氣研究計劃等都把探測的工具以及具體的觀測系統的建設都放在首要的位置，并且在探測技術的層面積極的進行新技術的發展和嘗試，比如近年來比較新興的空間遙感探測技術以及GPS技術等等。

而在這樣的發展背景下，今后大氣探測技術發展的總的趨勢可以概括為：

首先，大氣的觀測技術開始向綜合的探測方向發展，比如現在已經出現的空基與地基的集合，常規的觀測手法與非常規的觀測手法相集合的方法，多種的觀測方法與先進的觀測手段不斷的結合，在觀測的效果上不斷的實現飛躍。

其次，觀測開始出現系統性的發展，隨著現在的觀測工具的不斷發展，新的科技水平下方法和工具上的進步也越來越快，無論是從信息的采集以及處理等方面都開始出現網絡化系統性的發展趨勢，

第三，觀測的自動化發展方向。現在，很多的自動化的設備已經開始在氣象觀測中慢慢的使用，尤其是現在使用相對比較廣泛的遙感衛星技術。很多的自動化的遙感設備慢慢的出現在大氣探測領域中，使得觀測更加方便和精確。

最后，觀測的精度進一步的加強，觀測的工具以及觀測的方法的進步使得觀測在結果上有了更大的進步，更強的觀測手段必然產生更精確的結果，高精度高分辨率的觀測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資料在中尺度天氣中的應用

2.1 中尺度天氣系統及其特征

中尺度譜段是大氣中各尺度系統時、空規模的數量等級中的一段，研究水平空間尺度100km～103km量級、時間尺度103s～105s量級的大氣現象。考慮到不同規模的中尺度系統有相異的特征，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～1天 ）和中γ尺度（100km～101km，1小時），它們分別和颶風、颮線、雷暴單體等中尺度天氣系統相對應。

中尺度的天氣系統在很多的特征上與大尺度天氣的氣象系統是不同的，總體來說，主要可以概括為以下幾個基本的特征：

首先，中尺度天氣系統的水平尺度小，生命周期相對較短。在中尺度的天氣系統中，水平空間上的尺度在100 km～103km量級之間，強烈對流性的中尺度天氣系統的水平尺度會更加的小，只在101km～102km量級之間，其垂直尺度在10km左右，生命周期在幾個小時到一天之間。

其次，中尺度天氣系統的要素梯度更大，天氣更加的強烈。中尺度天氣系統區別于大尺度天氣系統的一個最主要的特點就是氣象要素的梯度更加的大。比如，在颮線中尺度系統區，氣壓梯度達1～3hPa/km，溫度梯度達5℃/10km；颮線過境，氣壓涌升1hPa/1～2min，溫度驟降1℃/1min。

最后，中尺度天氣的非地轉平衡和非靜力特征。在大尺度的天氣系統中，運動是準地轉的，大尺度的天氣系統中空氣的運動近乎于維持在地轉的平衡或者是梯度風的平衡。但是，在中尺度的天氣系統中，加速度同地轉偏向力以及氣壓的梯度力有相同的數量級，這對于空氣運動來講有同等的重要性，所以運動是非地轉的，風向以及等壓線是相互垂直的。

同時，在垂直的方向上，大尺度的天氣系統中運動是準靜力平衡的，但是在對流性的中尺度天氣系統中，空氣的運動是非靜力的系統，浮力可以推動氣塊產生比較強的垂直加速度，這樣會導致比較強烈的天氣生成。

2.2 大氣探測資料在中尺度天氣中的應用

在近年來的中尺度氣象學研究中，大氣的探測資料取得了很快的發展和進步，這是大氣科學領域中發展的相對比較快的一個部分，但是由于中尺度暴雨還是一個相對比較復雜的現象，還有很多的問題，這就需要大氣探測資料在中尺度天氣中進行充分的應用，在今后的發展中，氣象資料在中尺度氣象研究中主要可以在一下幾個方面發揮作用：

1）新興的大氣探測實驗對中尺度天氣的研究提供新的數據支持。隨著世界上的科技技術和制造技術的不斷發展，新的探測工具和方法將產生更先進的探測資料，這樣對于中尺度天氣的研究會有很大的推動作用；2）暴雨資料在中尺度天氣研究中會體現重要的作用。因為我國是一個暴雨相對比較多的國家，我國在夏天的主要面對的氣象災害就是暴雨，在暴雨的氣象資料的分析和研究上，我國可以借助先進的氣象觀測手段獲取一手的資料，這些資料對于中尺度暴雨的研究會有很大的推動作用；3）新的氣象資料的研究方法和理論對于中尺度氣象的研究會有很大的推動作用。在新的氣象資料獲取的過程中，雖然新的工具對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行，研究方法是進行研究的基礎，所以針對中尺度的研究，氣象資料所起到的作用不僅僅是一個資料的基礎性的作用，研究方法上的作用對科學研究的推動作用也同樣重要。

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