2011年浙江梅汛期強降水成因分析*

曾欣欣 黃新晴 滕代高

(浙江省氣象臺，浙江杭州310017)

2011年浙江梅汛期強降水成因分析*

曾欣欣 黃新晴 滕代高

(浙江省氣象臺，浙江杭州310017)

利用浙江省69個氣象站和1600個中小尺度自動站的降水資料、MICAPS3．0版現有的溫度、Qse、鋒生函數和NCEP1°×1°再分析資料，對2011年浙江梅汛期降水進行分析。得出，2011年6月上旬新西伯利亞群島和烏拉爾山地區兩個阻塞高壓的建立，阿留申群島低渦、我國東北低壓和副熱帶高壓的偏強，印度和南海季風爆發時間早，阿拉伯海、孟加拉灣、南海的西風和西北太平洋東風強度強，副高脊線穩定維持在23°N，是2011年浙江入梅時間早的主要原因;“米雷”強熱帶風暴北上轉向，副熱帶高壓西伸北跳到北緯30°N，浙江梅雨結束。700 hPa和850 hPa長達20 d左右持續維持西南急流，為連續大雨到暴雨提供了熱量和充沛的水汽;暖濕空氣上方有弱冷空氣活動，有助于雨量的加大;θse密集區的形狀可以判斷降水的強弱;強降水期間對流層下層均有明顯的鋒生出現。

梅汛期;暴雨到大暴雨;大氣環流;季風;θse;鋒生

0 引言

2011年6月3日—6月25日浙江出現連續性的暴雨到大暴雨天氣。6月3日08時—6月26日08時全省平均雨量344．9 mm(包括中小尺度站，下同)，其中衢州、杭州、紹興、湖州、寧波地區平均雨量分別為588．1 mm，532．2 mm，459．7 mm，402．6 mm，397．5 mm，其中單站前 5位降水量最大值杭州臨安的大明山920．8 mm、衢州開化的蘇莊914．6 mm、杭州淳安的金尖村891．2 mm、杭州建德的上姜 819．3 mm、杭州臨安的清涼峰803 mm。500 mm以上有356站，300 mm以上有931站，200 mm以上有1130站(圖1a)，暴雨范圍大，強度強為歷史所罕見。

圖1 6月3日08時—25日08時累計降水量(a)與湖州站降水時間系列(b)

1 2011年浙江梅汛期降水特征

1．1 2011年梅汛期開始早，結束也早

歷年來，浙江梅雨主要在浙北地區和浙中的西部地區，常年平均入梅日為6月14日，平均出梅日為7月8日。根據浙江梅雨的標準，連續出現5 d以上的陰雨天氣(日雨量≥1．0 mm，允許其中有2 d日雨量≤1．0 mm或有1 d無雨)，以后出現多陰雨天氣，無連續5 d或5 d以上的無雨天氣出現，以日雨量≥1．0 mm為梅雨開始，以嘉興(湖州)、杭州、嵊州、鄞縣、金華(衢州)5個代表站的多數入(出)梅日期為浙江入(出)梅日期，如果5個代表站的入(出)梅日期不一致時，主要參考嘉興(湖州)、杭州兩站的入(出)梅日期。同時參考副高脊線北跳到20°N左右，并穩定在10 d以上。2011年浙江入梅日為6月4日，出梅日為6月26日，入梅日比常年提前10 d，出梅日比常年提前12 d(圖1b)。

1．2 降水強度強，范圍大，為歷史罕見

據統計，全省 500 mm以上有 356站，250 mm以上有1027個站，其中單站前5位降水量最大值杭州臨安的大明山920．8 mm、衢州開化的蘇莊 914．6 mm、杭州淳安的金尖村891．2 mm、杭州建德的上姜 819．3 mm、杭州臨安的清涼峰803 mm。500 mm以上有356站，250 mm以上有1027個站。湖州安吉章村1 h最大78 mm，衢州開化桐村12 h最大230 mm。全省有6．8萬km2出現250 mm以上降水，其中超過500 mm的達2．3萬km2。

1．3 暴雨到大暴雨過程多，雨量集中，過程間隔時間短

2011年6月3日夜里—6月25日梅汛期間，暴雨到大暴雨天氣過程多，共出現5段降水過程，前4次均為大范圍的暴雨到大暴雨，分別出現在6月3日夜里—6日、9—12日、13日夜里—15日和18—19日，最后1次強度弱，范圍小，為局部大雨到暴雨過程，出現在24—25日。

第1段暴雨過程，6月3日20時—6日20時累計雨量，全省平均為74 mm，主要雨量集中在浙北地區和浙中西部地區。各地區平均雨量100 mm以上的有杭州地區127．2 mm，衢州地區120．7 mm、紹興地區100．3 mm，全省100 mm以上有484站，150 mm以上有70站，200 mm以上有7站，其中最大的為杭州淳安的金尖村261．2 mm。

第2段暴雨過程，6月9日20時—12日20時累計雨量，全省平均雨量46．1 mm，主要雨量集中在浙北地區。各地區平均雨量最大的杭州地區73．4 mm、嘉興地區71．2 mm、舟山地區69 mm、湖州地區 65．5 mm、寧波地區62．2 mm，全省150 mm以上有3站，100 mm 以上有86站，其中最大的為杭州臨安大明山出現189 mm。

第3段暴雨過程，6月13日20時—16日08時累計雨量，全省平均累計雨量為89．9 mm，為2011年梅汛期雨量最大的一次過程，主要雨量集中在浙北地區的南部和浙中西部地區。各地區平均雨量最大的為衢州地區194．1 mm，杭州地區168．5 mm、紹興地區136．9 mm、金華地區 125．7 mm、寧波地區 101．4 mm，全省300 mm以上有19站，200 mm以上有155站，100 mm以上有653站，其中最大的為衢州蘇莊384．1 mm。

第4段暴雨過程，6月17日20時—19日20時累計雨量，全省平均累計雨量為59．4 mm，主要雨量集中在浙北地區和浙中西部地區。各地區平均雨量100 mm以上的有衢州地區129．3 mm，50 mm以上的地區有杭州94．1 mm、嘉興91 mm、金華85．1 mm、舟山83．5 mm、紹興78．2 mm、湖州76．9 mm、寧波66．4 mm，全省 200 mm 以上有19站，100 mm以上有257站，其中最大的為衢州生態園234．4 mm。

第5段暴雨過程，6月24日08時—25日20時累計雨量，全省平均累計雨量為12．6 mm，主要雨量出現在浙北地區，100 mm以上只有7站，最大杭州姚家山出現145．6 mm，屬局部暴雨過程(圖略)。

從以上5次暴雨到大暴雨天氣過程看，雨帶穩定，強降水集中在浙中北地區的衢州、杭州、紹興、金華、寧波、湖州和嘉興等地區;最強的降水為第3時段，其次是第1時段，第4時段為第3強，第2時段為第4強，第5段為最弱;每次強降水時段之間間隔時間短，第2、第3和第4時段的強降水盡隔1 d時間左右。

1．4 災情嚴重

6月3日起出現連續性暴雨，6月3日08時—6月26日08時全省平均雨量344．9 mm，比常年梅汛期雨量284 mm偏多21．4%。引發了錢塘江流域性大洪水，錢塘江干流中上游蘭溪站洪峰水位33．72 m，超保證水位2．72 m，為1955年以來最高水位。新安江水庫是華東地區最大的水庫，2011年 6月20日水庫水位達107．18 m，超過汛限水位 0．68 m，是1999 年以來最高的水位。浙江省政府決定于6月21日開3孔泄洪。全省直接經濟損失108億元，因災死亡3人。

2 歐亞大環流形勢出現明顯異常

陶詩言［1－2］等對夏季暴雨的形成機理和歐亞洲上空大氣環流的季節變化及梅雨鋒的形成進行了許多的研究;徐群［3］分析了近80 a長江中下游梅雨的特征，把梅雨分為早梅雨和典型梅雨，取得較好結果。本文利用NCEP1°×1°再分析資料，分析了全球2011年6月1—30日，上、中、下3旬的平均高度、距平發現，2011年6月上旬大氣環流與常年平均環流比較有明顯的異常，新西伯利亞群島和烏拉爾山地區兩個阻塞高壓的建立，阿留申群島低渦、我國東北低壓和副熱帶高壓的偏強是2011年梅汛期偏早的主要原因;“米雷”強熱帶風暴北上轉向，副熱帶高壓西伸北跳到北緯30°N，是出梅日偏早的重要因素。

2．1 歐亞高緯度地區雙阻塞高壓

圖2 500hPa高度場和500hPa距平

圖2a，2b，2c分別為500 hPa 1971—2000 年6月上旬平均高度、2011年6月上旬平均高度和2011年6月上旬距平場圖。從圖3a可以看出，常年歐亞高緯度(50°N以北)6月上旬為平直的緯向性環流，有小振幅波動傳播。而2011年6月上旬平均高度，在新西伯利亞群島和歐洲西北部至烏拉爾山地區分別出現強而穩定的阻塞高壓，高壓中心位勢高度分別高達556 dagpm和576 dagpm，并伴有18 dagpm和20 dagpm的位勢高度正距平。兩個阻塞高壓之間的阿留申群島切斷低渦明顯強于常年，中心值分達540 dagpm，距平達－6 dagp位勢，同時東亞大槽偏弱，阿留申群島切斷低渦西側至貝加爾湖地區為寬闊的低槽區，東北低槽明顯偏強，最大負距平值達－4 dagp位勢，烏拉爾山阻塞高壓東部至中國大陸30°N以北的中東部地區長時間維持西北氣流，西伯利亞冷空氣沿著西北氣流，經貝加爾湖不斷東移南下到長江以南地區，由于副熱帶高壓的加強穩定，脊線位于23°N，脊線西北側的西南氣流與北方不斷南下的冷空氣在30°N附近相遇，形成冷暖交界的輻合帶，這種環流形勢配置是浙江省比較典型的梅汛期環流形勢，典型的梅汛期環流形勢的提前出現是2011年浙江梅汛期偏早的原因。

2．2 副熱帶高壓脊偏強

從圖2可以看出，2011年6月上旬，西北太平洋副熱帶高壓脊偏西偏北偏強。588 dagpm線登陸東南沿海，588 dagpm西線脊點到達112°E，比常年平均偏西15個經距，588 dagpm線北脊點到達28°N，比常年平均偏北3個緯距;副高脊線位于23°N，比常年平均偏北4個緯距;西北太平洋30°N以南海域至印度洋北部高度均為正距平，最大的2 dagpm正距平閉合線在我國東南沿海、東海及以東洋面;青藏高原東部至孟加拉灣持續維持低槽，低槽在東移過程中遇到西北太平洋副熱帶高壓加強的阻擋，與副熱帶高壓西北側西南氣流的共同作用，產生強的西南氣流或低空急流，為浙江連續大雨到暴雨提供了熱量和充沛的水汽。6月22日14時“米雷”熱帶風暴在菲律賓以東洋面生成，生成后向西北偏北方向移動，于6月25日經過浙江沿海北上，副熱帶高壓減弱東退，脊線北跳到30°E，梅雨結束。

3 季風環流與梅汛期暴雨

梅汛與季風的關系，中國氣象學者在季風環流的研究上取得了重大突破［4－5］。涂長望等［6］指出中國季風的進退有明顯的跳躍現象，梅雨鋒是東亞夏季風向北推進過程中，東亞大氣環流由春到夏過渡季節的產物。陳隆勛等［7］將東亞地區自春到夏的雨季分為副熱帶季風雨季和熱帶季風雨季。前者在4月初開始于華南北部和江南地區，主要由冷空氣和副熱帶高壓西側轉向的西南風以及南亞地區冬春副熱帶南支西風槽的西風匯合形成。南海熱帶季風爆發使副熱帶高壓向北推進，副熱帶季風雨帶也隨之由華南向北推進，從而形成梅雨期和淮北、華北雨季。我們利用NCEP1°×1°再分析資料，分析了2011年6月1—30日，上、中、下3旬的季風環流發現，2011年浙江梅雨與季風有密切的關系。

圖3為2011年6月1—30日，上、中、下3旬的850hPa平均流場和平均全風速。從圖3明顯看出，2011年6月上、中旬阿拉伯海、孟加拉灣、南海和西北太平洋有3支氣流。第1支氣流是120°E以東躍赤道氣流北涌與西北太平洋副熱帶高壓南側的氣流形成了西太平洋副熱帶高壓南側偏東氣流，并有急流存在，急流區域大范圍的東風急流平均全風速達10～12 m/s，平均全風速正距平達3～5m/s，顯然西太平洋副熱帶高壓南側季風明顯。第2支氣流為阿拉伯海和孟加拉灣的強勁的西風氣流，稱印度季風。6月上旬阿拉伯海和孟加拉灣平均全風速達10～14 m/s，平均全風速正距平達3～6 m/s。也就是說，印度季風在6月初就已經爆發，到6月中旬印度季風到達最強盛。阿拉伯海和孟加拉灣平均全風速高達14～19 m/s，平均全風速正距平達5～7 m/s，南海南部也出現正距平達，有此可見印度季風和南海季風全面爆發。另有國家氣候中心提供的印度季風和南海季風指數(圖略)顯示，2011年印度季風在6月第1候爆發，與2011年浙江入梅日提前1候出現，南海季風在6月第2候爆發，與2011年浙江入梅日同步出現。第3支氣流為印度季風的西風在南海遇到西北太平洋副高南側來的東風氣流，這2支氣流在南海合并轉向為南風，沿著副高西側和西南側，由南風逐漸轉為西南風，到達江南和長江流域，產生很強的西南氣流或低空急流，強勁的西南氣流控制浙江、江西、湖南上空，西南風明顯比常年風速大，平均全風速正距平達3～4 m/s，為浙江北部和浙中西部6月上中旬4次暴雨到大暴雨提供了動量、熱量和水汽條件。6月下旬，“米雷”熱帶風暴在浙江沿海北上，破壞了季風的環流結構，副熱帶高壓東退，脊線北跳，印度季風和南海季風的西風氣流與副熱帶高壓南側偏東氣流的輻合位置在東海，長江中下游上空850 hPa西南風減小，出現負距平降水強度逐漸減弱，梅雨結束，浙江于6月26日出梅。因此2011年浙江梅雨期暴雨到大暴雨與印度季風、南海季風和西太平洋副熱帶高壓南側季風相互作用有密切關系;印度和南海季風爆發時間早，阿拉伯海、孟加拉灣、南海和西北太平洋3支氣流強度強，是2011年浙江入梅時間早，梅雨期降水強度強的重要原因;“米雷”熱帶風暴在浙江沿海北上，大氣環流出現調整是2011年浙江出梅時間早的主要因素。

圖3 2011年6月850 hPa平均流場、平均全風速和平均全風速距平

4 梅汛期暴雨與鋒生

初夏期間由北方冷空氣南下變性與熱帶季風北上的暖濕氣流在我國長江中下游匯合，產生初夏季節的梅汛期暴雨，稱梅雨鋒暴雨。70年代以來，不少科學家對梅雨鋒的結構作了許多研究，如:胡伯威［8－9］在分析 1996 年暖切變型梅雨鋒結構及其形成和維持機制發現，在尺度相對大的高空副熱帶弱波擾掠過長江中、下游時，低層正渦度的發展都選擇地出現在低層“Qse鋒區”的南側狹窄范圍內。黃偉［10］和韋統健等［11］在分析 1991 年梅雨期暴雨中提出，冷空氣是梅雨鋒發展中的一個活躍因子，它造成了冷暖空氣在長江流域的對峙，低層冷空氣對梅雨鋒暴雨有很大影響。為了在梅汛期預報服務中，預報員能方便掌握梅雨鋒的鋒生狀況，提高梅汛期暴雨的預報能力。本節利用MICAPS3．0版現有的溫度、風場、Qse和鋒生函數［12］分析與2011年梅汛期暴雨關系。

4．1 高低空急流和冷暖空氣

圖4為杭州站2011年6月1—30日氣溫和風向風速的垂直剖面圖。從圖4風向風速分布看，2011年梅汛期降水期間400 hPa以上盛行西—西北風急流，500 hPa西南風與西北風交替，但在4次強降水時段內均出現西南急流，出現西北風時間短，700 hPa和 850 hPa盛行14 m/s的西南風急流。由此可見，高層輻散下沉氣流明顯，中低層輻合上升氣流強，上下2支氣流在中層的強輻合是2011年梅汛期強降水的動力條件;特別是低層700 hPa和850 hPa長達20 d左右持續維持西南急流，500 hPa出現西北風時間短是連續強降水和強降水時段之間間隔時間短的主要原因。

圖4 杭州站2011年6月1—30日(從右到左)氣溫和風向風速的垂直剖面圖

從溫度分布圖看，2011年梅汛期降水期間高低空氣溫起伏明顯，起伏最大的在低層700 hPa以下，20°C 溫度線從 850 hPa降到1000 hPa，再由1000 hPa升到850 hPa或以上，這樣來回起伏共有5次過程，說明6月份浙中西部地區和浙北地區有5次冷暖交替過程。中高層700 hPa以上氣溫起伏比低層弱一些，但還可以看出有“V”型的起伏，但每次降溫時間較短，說明有弱冷空氣活動，降溫時間比低層提前1～2 d，當溫度降到最低并伴一致的西北風時，對應低層回溫最強，850 hPa氣溫回升到20°C或以上，并出現暖切變，850 hPa以上至500 hPa存在反氣旋，這種情況在梅汛期共出現4次，分別出現在6日3日08時、8日20時、13日08時、17日20時，對應地面正是前4次強降水的開始，而后低層氣溫逐漸下降，出現西南急流，雨勢開始加大;6日20時、12日08時、15日20時和19日08時中高層氣溫回升到峰點，低層氣溫下降到低點，對應地面正是4次強降水減弱。最后一次降水過程6月24—25日，降水過程前23日和降水開始時24日從低層到高層均為升溫，顯示上下均為暖脊，25日冷溫槽從高空迅速伸向低層，并出現西北風，降水結束，此次降水過程強度弱，范圍小，為局部大雨到暴雨過程。由此可見暖濕空氣上方有弱冷空氣活動有助于雨量的加大。

4．2 θse與強降水的關系

在梅雨期間，北支冷氣團變性較快，在氣溫上體現不出有明顯的鋒區，一般用θse判斷濕能鋒區與梅雨期間暴雨的關系。我們用θse分析發現，2011年梅汛期間，北方冷氣團向南推進時遇上南方的暖氣團向北移動的過程中，在兩氣團之間850 hPa的長江以南地區有明顯的θse密集帶，在密集帶上存在較多的暖舌和低能槽，由西向東不斷的傳播，當暖舌與低能槽之間θse密集帶經過浙江時就有一次強降水(圖略)，強降水主要出現在θse密集帶靠近暖舌一側。圖5為沿119°E，28°N ～ 35°N 之間 θse垂直剖面圖，從圖5 θse的小值區和大值區反映，淮河流域有干冷空氣向南推進，浙江省暖空氣強，浙江省中北部(28°N ～31°N)500 hPa 以下出現 θse密集區，θse密集區的形狀有2種:一種是暖空氣發展旺盛，能到達700 hPa或700 hPa～500 hPa之間，垂直剖面密集的 θse梯度為南北向(見圖5a，5c，5d)，這種形狀對應的是第1、第3、第4時段的強降水，這說明冷暖空氣坡度陡，接近垂直，對流強，有利于強降水;另一種是暖空氣淺薄，主要在850 hPa或以下，冷空氣向暖空氣上爬坡，θse密集區出現在700 hPa以下，對流層下層θse向上遞減(見圖5b)，對應的是第2時段的降水，降水強度弱一些，第5時段弱降水的θse垂直剖面圖與第2時段的降水θse垂直剖面圖相同(圖略)，也出現弱降水，這是由于冷空氣向暖空氣上爬坡，坡度寬而小，大氣對流強度不強，降水強度弱。

圖5 4 段強降水期間，沿119°E，28°N ～35°N 之間 θse垂直剖面圖

在日常短期天氣預報服務中，用θse(850～500)值的強弱來判斷對流強弱的重要指標之一，θse(850～500)＞0℃為對流不穩定，有利于強對流和強降水的發生，而＜0℃為對流穩定，不利于強對流和強降水的發生。從2011年6月梅汛期衢州站 θse(850～500)資料看(見圖 6)，第 1、第 2、第4 段暴雨過程中，θse(850～500)出現在 2．3 ～18．6℃之間，驗證了前面的觀點;第3段暴雨過程，是2011年梅汛期最強的暴雨過程，13日夜里—15日除14 日20 時 θse(850～500)出現6．1℃外，其它時間全部＜0℃。分析其原因，第3段暴雨過程的θse密集梯度走向為南北向，冷暖空氣坡度陡，接近垂直，盡管θse(850～500)出現負值，也是有利于強降水的發生。因此θse(850～500)值的大小不能單一的使用，要結合θse垂直剖面等值線的走向來判斷降水的強弱。

圖6 2011年6月衢州站逐日θse(850～500)

4．3 鋒生函數的作用

為了解鋒生函數在2011年浙江梅汛期暴雨中的作用，采用鋒生公式計算鋒生函數F，公式如下:

式中:

式中，F1，F2，F3，F4分別為非絕熱加熱項、水平輻散項、水平變形項和與垂直運動有關的傾斜項。

從計算結果得出，鋒生函數的演變清楚地反映了鋒生函數值的大小在對流層的位置與暴雨的關系。圖7為30°N，119°E處6月份鋒生函數逐日垂直剖面圖，可以看出梅汛期間每個暴雨時段對流層下層均有鋒生出現，最明顯的是在925～850 hPa。每次鋒生出現時，對應的降水開始。因此，在梅汛期間鋒生有助于暴雨的發生。第1時段，3日14時在700 hPa上出現鋒生，中心達 20 ×10－10K·m－1·s－1，實際上浙西已經開始下小雨，4—5日鋒生中心下移到850 hPa，中心發展到 45 ×10－10K·m－1·s－1，此時強降水明顯，6日14時鋒消，降水結束;第2時段，10—11日600 hPa以下出現鋒生，最強的出現在600～850 hPa，中心達55×10－10K·m－1·s－1，12 日鋒消;第3 時段13—15日在850 hPa出現強鋒生，中心達 60×10－10K·m－1·s－1以上，16日鋒消;第4時段和第5時段鋒生出現的時間最短，只有出現在19日和23日14時—24日14時的925 hPa，鋒消時間分別出現在20日08時和24日20時。從5個降水結束與鋒消的時間看，除第一時段外，后4個時段鋒消比降水結束時間提前12 h左右。

圖7 為30°N，119°E處6月份鋒生函數逐日垂直剖面圖

5 結語

(1)新西伯利亞群島和烏拉爾山地區兩個阻塞高壓的建立，阿留申群島低渦、我國東北低壓和副熱帶高壓的偏強是2011年梅汛期偏早的主要原因;“米雷”強熱帶風暴北上轉向，副熱帶高壓西伸北跳到北緯30°N，是出梅日偏早的重要因素。

(2)2011年浙江梅雨期暴雨到大暴雨與印度季風、南海季風和西太平洋副熱帶高壓南側季風相互作用有密切關系;印度和南海季風爆發時間早，是2011年梅汛期偏早的第2原因;阿拉伯海、孟加拉灣、南海和西北太平洋3支氣流強度強，是2011年浙江梅雨期降水強度強的主要原因;“米雷”熱帶風暴在浙江沿海北上，大氣環流出現調整是2011年浙江出梅時間早的主要因素。

(3)低層700 hPa和850 hPa長達20 d左右西南急流，為連續大雨到暴雨提供了熱量和充沛的水汽;500 hPa出現西北風時間短是連續強降水和強降水時段之間間隔時間短的主要原因。

(4)中高層有弱降溫，低層回溫最強，有助于強降水的發生，

(5)在梅汛期預報服務中可用θse密集區的形狀判斷降水的強弱，當850 hPa暖舌與低能槽之間θse密集帶經過浙江時就有一次強降水(略)，強降水主要出現在θse密集帶靠近暖舌一側。垂直剖面密集的θse梯度南北向，降水強度強;對流層下層θse向上遞減，降水強度弱一些。θse(850～500)值的大小不能單一的使用，要結合 θse垂直剖面等值線的走向來判斷降水的強弱。

(6)在梅汛期間鋒生有助于暴雨的發生，每次鋒生出現時，對應的降水開始，鋒消比降水結束時間提前12 h左右。

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［11］韋統健，張晶．91年夏一次梅雨鋒暴雨過程數值模擬結果有關結構的診斷研究［J］．氣象科學，1995，15(1):18 －26．

［12］杜小玲，藍偉．兩次滇黔準靜止鋒鋒區結構的對比分析［J］．高原氣象，2010，29(5):1183 －1195．

2011-12-23

*項目資助:2011年中國氣象局預報員專項(CMAYBY2011－019)，浙江省氣象局科研所開放專項(kf2010005)