奏響氣象科學的華章
——《中尺度氣象學研究——壽紹文學術論文選》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、颮線、雷暴、冰雹、暴雨、強降雪、中尺度氣旋、龍卷等典型中尺度天氣系統和過程的成因、結構特點、演變規律以及預報、診斷分析方法等進行的系統分析和研究。

氣象出版社，2017年

20世紀20年代初和40年代，由挪威學派和芝加哥學派相繼分別建立的鋒面氣旋理論和大氣長波理論是現代天氣學發展的兩個重要里程碑。經過長期研究，天氣學已經逐漸發展為理論成熟的現代學科。它主要研究大氣中的大尺度（天氣尺度）天氣系統及其時空演變規律，它是短期（0～3 d）和中期（3～7 d）天氣預報主要的理論基礎。然而自20世紀50、60年代起，特別是到了70、80年代以后，氣象學家們通過對大量的雷達、衛星、自動氣象站網等現代大氣探測資料的細致分析和研究，愈來愈深入認識到大氣中的中小尺度天氣系統的存在及其作為許多嚴重災害天氣的直接制造者和載體的重要作用。“大尺度環流搭臺，中尺度系統打造了各種激烈天氣”越來越成為共識，作為天氣學的一個重要分支的“中尺度氣象學”應運而生，并迅速發展成為一門內容豐富、理論創新、體系臻善、具有一定獨立性的現代學科。

中尺度氣象學（Mesoscale Meteorology）是研究中尺度天氣系統及與其相聯系的嚴重災害性天氣（如雷暴、暴雨、冰雹、龍卷、下擊暴流等）特征及發生發展規律的學科，它是各種強烈災害天氣和高影響天氣的短期預報、甚短期預報（0～12 h）和臨近預報（0～2 h）的理論基礎，它是當今大氣科學中最具重要意義和最有生機和活力的研究領域之一。

壽紹文教授長期從事國內外有關中尺度氣象學的研究和教學，取得了大量成果。《中尺度氣象學研究—壽紹文學術論文選》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、颮線、雷暴、冰雹、暴雨、強降雪、中尺度氣旋、龍卷等典型中尺度天氣系統和過程的成因、結構特點、演變規律以及預報、診斷分析方法等進行的系統分析和研究。

該書內容包括三大部分，第一部分為中尺度災害天氣過程的觀測及機理研究，主要是通過常規地面、高空觀測、衛星和雷達資料、加密觀測資料等數據，分析暴雨、颮線、雷暴、臺風及外圍暴雨等中尺度系統發生前大尺度天氣背景特征，捕捉中尺度系統發生發展過程特點，研究大尺度環境對中小尺度系統發展的激發作用。在這一部分中著重研究的問題有：登陸臺風與其外圍暴雨的相互作用；登陸臺風維持和暴雨增幅的能量學機制；爆發性發展臺風的環境場結構；中尺度系統與臺風降水增幅的關系；梅雨鋒中尺度切變線雨帶的動力結構分析；江淮暴雨過程的β中尺度分析；1991年梅雨期江淮地區持續性暴雨降水強度的變化及其成因；雨暴的結構；暴雨低渦結構、成因及移動；強颮線過程的成因；強颮線過程的時間演變分析；“超級單體”雹云的成因及結構；淮北冰雹過程；強對流天氣前期的層結特征；廣西雷暴分布特征及災害成因分析；龍卷風暴的成因等。根據觀測事實深入探討了各種嚴重災害天氣的發生發展規律。

第二部分為中尺度天氣的數值模擬及診斷分析，主要包括位渦擾動、對稱不穩定、Q矢量、干侵入、CAPE、螺旋度、次級環流、重力波等的相關理論和分析方法以及它們在中尺度天氣分析和預報中的應用研究。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定性；暴雨中尺度氣旋發展與等熵面位渦分布的關系；條件性對稱不穩定與梅雨鋒暴雨；高低空位渦擾動、非絕熱加熱與氣旋的發生發展的關系；暴雨中尺度低渦的數值模擬；Q-矢量的改進；非地轉濕Q-矢量的應用；CAPE在強對流天氣分析中的應用；梅雨鋒生次級環流對暴雨的作用；冰雹過程的慣性重力波觀測及數值模擬研究；一次強降雪過程的中尺度特征；一次暴風雪過程中的中尺度重力波特征及其影響等。主要結論有：低層位渦擾動的增強、高層位渦的下傳有利于地面氣旋的發展。濕Q-矢量散度對暴雨落區有較好的指示作用。螺旋度和有效位能分析有助于監測預警強對流天氣的發生發展。鋒生次級環流是梅雨鋒暴雨增幅的重要動力機制，地轉項在暴雨初期占主導作用，觸發不穩定能量的釋放，非地轉項對暴雨無明顯增幅作用，非絕熱項中的對流凝結潛熱項對暴雨增幅起了決定性作用。

第三部分為中尺度數值模式及衛星、雷達等非常規資料的分析和在天氣預報中的應用研究。在這一部分中著重研究的問題有：復雜地形對中尺度降水系統的影響的數值試驗；邊界層參數化方案對暴雨數值模擬的影響；渤海對遼東半島大暴雨影響的數值試驗；與登陸臺風相聯系的水汽、云系和降水量；衛星云紋理對云團結構識別及應用；衛星反演的干侵入強度在暴雨強對流天氣分析中的應用；對流層頂干侵入與中緯度風暴的關系；應用單多普勒雷達資料反演風場作暴雨中尺度分析；強對流天氣的多普勒雷達特征；利用中尺度數值模式產品建立暴雨落區潛勢預報等。主要結論有：通過敏感性試驗發現，不同的邊界層方案、下墊面性質對暴雨的落區、強度、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，基于衛星資料的紋理分析和干侵入分析方法、基于準四維變分分析方法的多普勒雷達資料反演、暴雨落區潛勢預報、集合交叉相關方法等新方法的研究和應用，有利于提高臨近預報、精細化預報水平，目前這些方法已應用于實際業務中，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。