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中国气象局兰州干旱气象研究所牵头协同创新研究 沙尘暴监测预警预报技术集成应用大大提高防减灾能力

  • 发布时间:2015-11-06 10:30:55  来源:科技日报  作者:佚名  责任编辑:罗伯特

  近日,由中国气象局兰州干旱气象研究所牵头的“西北地区沙尘暴监测预报与影响评估技术及其集成应用”项目获2015年气象科学技术进步成果二等奖。沙尘暴是我国北方最主要的自然灾害之一,给经济和人民生命财产造成了巨大损失,也对环境有重大影响。因此,对沙尘暴的监测、预报及对其影响对有效减轻沙尘暴危害具有重要现实意义。

  由于沙尘暴发生区气象站点稀少,致使气象部门难以对沙尘的发生发展进行有效监测,加之沙尘暴天气的复杂性,对其精细化监测和预报的难度比较大,以往沙尘暴的监测和预报不能满足社会需要。随着我国大气数值模式的发展和卫星等现代化观测体系建成,给沙尘暴的监测和预报能力的提高带来了机遇。

  中国气象局兰州干旱气象研究所联合国内多个科研、高校和业务单位协同创新,历经8年,对沙尘暴发生机理及监测、预报、预警和评估技术开展了深入系统地研究,取得了显著的科学进展,开发的沙尘暴监测预报预警和评估技术平台被广泛应用,大大提高了沙尘暴的防灾减灾能力。主要成果如下:

  1.对沙尘起沙的机制和沙尘大气热力和动力特征取得新认识。

  揭示了沙尘起沙的动力机制,给出了冲击起沙的物理概念模型和沙尘暴低压起沙的大气动力模型,发展了沙尘大气两相流理论;利用热机自然对流理论揭示了沙尘暴的大气热力和动力结构。

  2.显著改进了GRAPES-SDM沙尘暴预报模式的预报精度

  对GRAPES-SDM的土地利用、土壤质地特性进行了更新,对与起沙有密切关系的土壤湿度进行了反演,考虑了地面积雪覆盖对起沙的影响,引入了基于Barnes以沙尘PM10和能见度为变量对沙尘浓度进行初值化的方案,基于GRAPES的3DVAR系统发展了可以同化沙尘浓度资料的同化系统,明显提高了模式预报准确率,TS评分达到0.28—0.32,在沙尘暴预报业务中广泛应用。

  3.从物理因子到方法集成上创新了沙尘暴预报技术

  通过系统研究水平螺旋度与沙尘暴之间的物理关系,发现水平螺旋度对沙尘暴天气具有很好的预报性,在沙尘关键区(40—48°N,84—120°E),当螺旋度≤-600m2.s-2时,6小时内该区或其下游将出现强沙尘暴天气。在此基础上,给出了水平螺旋度预报沙尘暴的定量技术指标。同时,还发现白天出现3000m以上的超厚对流边界层及出现水平低涡与垂直涡叠加现象是预报强沙尘暴的重要技术指标。另外,构建了集成天气学方法、沙尘模式以及卫星遥感下垫面状况的西北地区沙尘暴精细化预报技术。该技术在兰州中心气象台近4年应用结果表明:区域性沙尘暴过程预报准确率、区域性沙尘天气过程预报准确率、沙尘暴单站预报准确率和沙尘天气单站预报准确率平均分别达到了74.2%、85.9%、46.2%和55.5%。

   4.发展了基于多源数据的沙尘暴定量监测预警技术

  开发了MODIS定量监测沙尘暴范围和强度的沙尘指数,发展了用人工观测能见度资料修订器测能见度资料的技术方法,研制出了用气溶胶浓度、PM10浓度和风速等多种资料对沙尘天气进行综合量化分级的技术标准。将实时动态的地面沙尘暴监测信息与FY-2沙尘暴监测产品和沙尘模式产品定量集成,并结合MM5的风场,建立1-3小时沙尘暴短临预警技术,使兰州中心气象台近4年沙尘暴黄色预警信号发布提前量达到近2小时,红色预警信号发布提前量达到近80分钟。

  5.建立了针对关键行业的沙尘天气影响评估客观方法

  基于卫星遥感、气象观测资料和GIS技术,确定了沙尘暴天气造成农作物和林果低温霜冻、倒伏、开花授粉受阻、成熟期落粒以及设施农业受损的影响指标;沙尘暴对公路、铁路和机场运行等关键行业影响评估的技术指标;不同类型沙尘天气对人体健康和社会经济影响的技术评价技术指标。发展了多种技术集成的沙尘天气对农业、交通、人体健康和社会经济等关键行业影响的影响评估方法,使沙尘暴影响评估业务空白得以填补。

  6.研发了沙尘暴监测预警、预报、影响评估及服务一体化的综合业务系统

  通过利用先进的信息网络和GIS技术,实现了监测、预警、预报和评估等多元信息产品之间充分联动。在此基础上,建立了沙尘暴监测预警、预报和影响评估一体化的综合业务服务平台。系统除具备常见系统的信息收集与分发、存档与查询功能外,还具有地面和卫星沙尘实时监测、沙尘发生自动报警和发生区绘图功能,集合了地面和遥感的综合监测功能,综合应用沙尘模式和卫星遥感的精细化预报功能,集成地面观测、遥感和模式的短临预报和预警功能,以及沙尘暴影响评估和对策建议功能。系统能生成更丰富的定量化的沙尘暴监测、预报、预警和影响评估业务产品,部分产品填补了沙尘暴业务的空白,使沙尘暴业务服务能力实现了由分散式—系统化、单一式—集成化、定性式—定量化、粗放式—精细化、主观式—客观化。该系统的业务明显改善了沙尘天气监测预报预警准确率和及时率,使兰州中心气象台近年来近4年区域性沙尘暴过程预报准确率、区域性沙尘天气过程预报准确率、沙尘暴单站预报准确率和沙尘天气单站预报准确率平均分别达到了74.2%、85.9%、46.2%和55.5%,沙尘暴黄色预警信号发布提前量达到近2小时,红色预警信号发布提前量达到近80分钟。(郭铌)

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