近日，由中國氣象局蘭州干旱氣象研究所牽頭的“西北地區(qū)沙塵暴監(jiān)測預(yù)報與影響評估技術(shù)及其集成應(yīng)用”項(xiàng)目獲2015年氣象科學(xué)技術(shù)進(jìn)步成果二等獎。沙塵暴是我國北方最主要的自然災(zāi)害之一，給經(jīng)濟(jì)和人民生命財產(chǎn)造成了巨大損失，也對環(huán)境有重大影響。因此，對沙塵暴的監(jiān)測、預(yù)報及對其影響對有效減輕沙塵暴危害具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

　　由于沙塵暴發(fā)生區(qū)氣象站點(diǎn)稀少，致使氣象部門難以對沙塵的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行有效監(jiān)測，加之沙塵暴天氣的復(fù)雜性，對其精細(xì)化監(jiān)測和預(yù)報的難度比較大，以往沙塵暴的監(jiān)測和預(yù)報不能滿足社會需要。隨著我國大氣數(shù)值模式的發(fā)展和衛(wèi)星等現(xiàn)代化觀測體系建成，給沙塵暴的監(jiān)測和預(yù)報能力的提高帶來了機(jī)遇。

　　中國氣象局蘭州干旱氣象研究所聯(lián)合國內(nèi)多個科研、高校和業(yè)務(wù)單位協(xié)同創(chuàng)新，歷經(jīng)8年，對沙塵暴發(fā)生機(jī)理及監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警和評估技術(shù)開展了深入系統(tǒng)地研究，取得了顯著的科學(xué)進(jìn)展，開發(fā)的沙塵暴監(jiān)測預(yù)報預(yù)警和評估技術(shù)平臺被廣泛應(yīng)用，大大提高了沙塵暴的防災(zāi)減災(zāi)能力。主要成果如下：

　　1.對沙塵起沙的機(jī)制和沙塵大氣熱力和動力特征取得新認(rèn)識。

　　揭示了沙塵起沙的動力機(jī)制，給出了沖擊起沙的物理概念模型和沙塵暴低壓起沙的大氣動力模型，發(fā)展了沙塵大氣兩相流理論；利用熱機(jī)自然對流理論揭示了沙塵暴的大氣熱力和動力結(jié)構(gòu)。

　　2.顯著改進(jìn)了GRAPES-SDM沙塵暴預(yù)報模式的預(yù)報精度

　　對GRAPES-SDM的土地利用、土壤質(zhì)地特性進(jìn)行了更新，對與起沙有密切關(guān)系的土壤濕度進(jìn)行了反演，考慮了地面積雪覆蓋對起沙的影響，引入了基于Barnes以沙塵PM10和能見度為變量對沙塵濃度進(jìn)行初值化的方案，基于GRAPES的3DVAR系統(tǒng)發(fā)展了可以同化沙塵濃度資料的同化系統(tǒng)，明顯提高了模式預(yù)報準(zhǔn)確率，TS評分達(dá)到0.28—0.32，在沙塵暴預(yù)報業(yè)務(wù)中廣泛應(yīng)用。

　　3.從物理因子到方法集成上創(chuàng)新了沙塵暴預(yù)報技術(shù)

　　通過系統(tǒng)研究水平螺旋度與沙塵暴之間的物理關(guān)系，發(fā)現(xiàn)水平螺旋度對沙塵暴天氣具有很好的預(yù)報性，在沙塵關(guān)鍵區(qū)（40—48°N，84—120°E），當(dāng)螺旋度≤-600m2.s-2時，6小時內(nèi)該區(qū)或其下游將出現(xiàn)強(qiáng)沙塵暴天氣。在此基礎(chǔ)上，給出了水平螺旋度預(yù)報沙塵暴的定量技術(shù)指標(biāo)。同時，還發(fā)現(xiàn)白天出現(xiàn)3000m以上的超厚對流邊界層及出現(xiàn)水平低渦與垂直渦疊加現(xiàn)象是預(yù)報強(qiáng)沙塵暴的重要技術(shù)指標(biāo)。另外，構(gòu)建了集成天氣學(xué)方法、沙塵模式以及衛(wèi)星遙感下墊面狀況的西北地區(qū)沙塵暴精細(xì)化預(yù)報技術(shù)。該技術(shù)在蘭州中心氣象臺近4年應(yīng)用結(jié)果表明：區(qū)域性沙塵暴過程預(yù)報準(zhǔn)確率、區(qū)域性沙塵天氣過程預(yù)報準(zhǔn)確率、沙塵暴單站預(yù)報準(zhǔn)確率和沙塵天氣單站預(yù)報準(zhǔn)確率平均分別達(dá)到了74.2%、85.9%、46.2%和55.5%。

　　 4.發(fā)展了基于多源數(shù)據(jù)的沙塵暴定量監(jiān)測預(yù)警技術(shù)

　　開發(fā)了MODIS定量監(jiān)測沙塵暴范圍和強(qiáng)度的沙塵指數(shù)，發(fā)展了用人工觀測能見度資料修訂器測能見度資料的技術(shù)方法，研制出了用氣溶膠濃度、PM10濃度和風(fēng)速等多種資料對沙塵天氣進(jìn)行綜合量化分級的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。將實(shí)時動態(tài)的地面沙塵暴監(jiān)測信息與FY-2沙塵暴監(jiān)測產(chǎn)品和沙塵模式產(chǎn)品定量集成，并結(jié)合MM5的風(fēng)場，建立1－3小時沙塵暴短臨預(yù)警技術(shù)，使蘭州中心氣象臺近4年沙塵暴黃色預(yù)警信號發(fā)布提前量達(dá)到近2小時，紅色預(yù)警信號發(fā)布提前量達(dá)到近80分鐘。

　　5.建立了針對關(guān)鍵行業(yè)的沙塵天氣影響評估客觀方法

　　基于衛(wèi)星遙感、氣象觀測資料和GIS技術(shù)，確定了沙塵暴天氣造成農(nóng)作物和林果低溫霜凍、倒伏、開花授粉受阻、成熟期落粒以及設(shè)施農(nóng)業(yè)受損的影響指標(biāo)；沙塵暴對公路、鐵路和機(jī)場運(yùn)行等關(guān)鍵行業(yè)影響評估的技術(shù)指標(biāo)；不同類型沙塵天氣對人體健康和社會經(jīng)濟(jì)影響的技術(shù)評價技術(shù)指標(biāo)。發(fā)展了多種技術(shù)集成的沙塵天氣對農(nóng)業(yè)、交通、人體健康和社會經(jīng)濟(jì)等關(guān)鍵行業(yè)影響的影響評估方法，使沙塵暴影響評估業(yè)務(wù)空白得以填補(bǔ)。

　　6.研發(fā)了沙塵暴監(jiān)測預(yù)警、預(yù)報、影響評估及服務(wù)一體化的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)

　　通過利用先進(jìn)的信息網(wǎng)絡(luò)和GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測、預(yù)警、預(yù)報和評估等多元信息產(chǎn)品之間充分聯(lián)動。在此基礎(chǔ)上，建立了沙塵暴監(jiān)測預(yù)警、預(yù)報和影響評估一體化的綜合業(yè)務(wù)服務(wù)平臺。系統(tǒng)除具備常見系統(tǒng)的信息收集與分發(fā)、存檔與查詢功能外，還具有地面和衛(wèi)星沙塵實(shí)時監(jiān)測、沙塵發(fā)生自動報警和發(fā)生區(qū)繪圖功能，集合了地面和遙感的綜合監(jiān)測功能，綜合應(yīng)用沙塵模式和衛(wèi)星遙感的精細(xì)化預(yù)報功能，集成地面觀測、遙感和模式的短臨預(yù)報和預(yù)警功能，以及沙塵暴影響評估和對策建議功能。系統(tǒng)能生成更豐富的定量化的沙塵暴監(jiān)測、預(yù)報、預(yù)警和影響評估業(yè)務(wù)產(chǎn)品，部分產(chǎn)品填補(bǔ)了沙塵暴業(yè)務(wù)的空白，使沙塵暴業(yè)務(wù)服務(wù)能力實(shí)現(xiàn)了由分散式—系統(tǒng)化、單一式—集成化、定性式—定量化、粗放式—精細(xì)化、主觀式—客觀化。該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)明顯改善了沙塵天氣監(jiān)測預(yù)報預(yù)警準(zhǔn)確率和及時率，使蘭州中心氣象臺近年來近4年區(qū)域性沙塵暴過程預(yù)報準(zhǔn)確率、區(qū)域性沙塵天氣過程預(yù)報準(zhǔn)確率、沙塵暴單站預(yù)報準(zhǔn)確率和沙塵天氣單站預(yù)報準(zhǔn)確率平均分別達(dá)到了74.2%、85.9%、46.2%和55.5%，沙塵暴黃色預(yù)警信號發(fā)布提前量達(dá)到近2小時，紅色預(yù)警信號發(fā)布提前量達(dá)到近80分鐘。（郭鈮）