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四川省重点学科:气象学

2014年09月25日11:01  来源:研究生处  访问量:6502


  一、概况

  该重点学科有四川省唯一的大气科学硕士学位授权点,四川省唯一的大气科学类省级重点实验室“高原大气与环境四川省重点实验室”,与中国科学院联合培养博士研究生。

  设有气象灾害与防灾减灾、气候与气候变化和气象应用与服务等研究方向,紧密围绕天气预报、气候变化及公共气象服务业务开展研究,为提高我国重大灾害性天气、气候及生态环境变化的模拟和预测能力做出了重要贡献。首次揭示了青藏高原低涡具有涡眼、暖心结构的次天气尺度特征;GPS水汽监测技术及气象业务化应用研究取得了突破性成果;建立强对流天气及短临预报业务系统,在相关省市气象局推广应用;参与了所有关于青藏高原的大型国内和国际合作试验;在高原地气耦合系统变化及其气候效应方面开展了深入研究;首次提出了“植被生态系统与气候变化相互作用的概念模型”;为西昌卫星中心航天发射、电网安全运行、气候变化评估等国家需求提供了技术支撑。这些研究成果多次获得省部级科技进步奖。

  二、主要学科方向及其学术队伍

  学科已具有一支知识结构和年龄结构合理、学术水平高的教学科研队伍,其中享受国务院政府特殊津贴专家2人,四川省学术和技术带头人1人,四川省学术和技术带头人后备人选5人,四川省具有突出贡献的优秀专家2人,中科院大气所博导2人,教授13人。

  长期以来一直围绕青藏高原以及周边地区(西南地区)持续开展了相关领域的研究(如高原天气,高原气候,高原低涡,高原积雪,区域生态环境等方面),形成了在国内具有特色和区域影响地位的三个稳定的研究方向,即:气象灾害与防灾减灾方向,气候与气候变化方向和气象应用与服务方向。围绕着三个方向在天气动力学、东亚季风系统、气候数值模拟、气候诊断分析等领域开展了持续研究,取得了突出的科研成果,已对我国气象业务预报、气候变化研究、现代气象服务等方面产生了深远影响。

  主要围绕青藏高原及其周边地区开展大气科学相关领域的研究,下设“气象灾害与防灾减灾”、“气候与气候变化”、“气象应用与服务”三个研究室。学科在天气预报理论与方法、青藏高原气象学、季风气象学、高原气候变化与模拟、遥感方法与技术等方面开展深入研究,尤其是青藏高原及气候效应研究在国内处于领先水平。

  (1)高原低涡(西南涡)是我国西南地区夏季降水最重要的影响系统,其东移还会引发长江流域的雷暴、暴雨等灾害性天气过程。李国平教授科研团队依托承担的国家公益性行业(气象站)专项(GYHY201206042)和国家973项目“我国持续性重大天气异常形成机理与预测理论和方法研究”子课题,综合应用多源资料,采用滤波分析方法、降尺度方法、中尺度天气动力诊断新方法以及高分辨率中尺度数值模拟和敏感性试验,研究西南涡中尺度特征和复杂地形下暴雨发生发展特点,揭示了高原地形、加热、水汽和边界层在不同阶段对西南涡中尺度结构的影响。应用倾斜涡度、中尺度位涡、中尺度波动指数和波流相互作用通量等诊断量,揭示西南涡及其暴雨与中尺度对流活动、天气系统和环流背景场的关系,重点是高原主体的高原低涡与西南涡的耦合作用以及这两类具有高原属性低涡的对比分析,为下一步探寻适用于西南涡及暴雨中尺度分析的诊断量及预报技术提供了重要的基础。中国科学院黄荣辉院士评价学院相关成果“将有助于对青藏高原天气气候变化机理研究的深入”。

  (2)青藏高原地形地貌复杂,其短时和临近预报具有很大的不确定性。学科肖天贵教授科研团队系统研究了有关西藏地区短临预报环流背景、主要影响系统、预报概念模型、基本预报方法等内容,设计研制了《西藏强对流天气短临预报预警系统》应用系统,可供业务化稳定运行,接口开放,易于二次开发,已在西藏地区多个气象局业务使用;首次通过VB技术有机集成MICAPS工作平台和SWAN系统平台并利用多种应用预报模型构建的西藏地区强对流天气短临预报预警系统,系统中包括三维对流云模式、对流云系天气学模式、V-3 预报模型、螺旋度诊断、位涡诊断等预报诊断模型也是首次在短临预报预警系统中的应用,加之西藏地形沙盘模型的制作应用,对考虑高原复杂地形地貌条件下的西藏强对流天气的短临预报预警,显示出预报模型、预报实践的创新性和先进性。该研究以项目研究为核心,形成了具有理论和应用技术实践的系统成果。2013年5月获得了西藏自治区科学技术奖三等奖。

  (3)水汽不仅影响大气的垂直分布,而且是降水短临预报的一个关键因素。GPS水汽遥感具有精度高、稳定性好、易维护等特点。李国平教授团队在西南地区首次进行GPS遥感水汽试验,开展GPS水汽资料用于气象业务的系统性研究,获得了四川省2010年科技进步二等奖,出版了国内首部《地基GPS气象学》专著,GPS水汽遥感观测已在西南区域5省市气象部门布网。

  团队在实现地基GPS监测网数据传输及本地解算自动化,以及进一步提高GPS反演大气水汽总量(GPS-PWV)精度和连续性的基础上,建立GPS反演水汽的高精度本地化模型,发展GPS大气水汽总量的自动化反演系统;开展GPS-PWV应用于灾害性天气分析预报的深入研究,总结GPS-PWV与其它气象要素的关系以及在不同天气过程中的演变特征;提出可用于典型灾害性天气短临预报的应用流程和指标;建立基于MICAPS3平台的GPS水汽产品时空显示及综合分析系统,进行GPS-PWV用于灾害性天气短临预报的业务试验,项目成果已在西南地区气象业务部门推广应用,为我国西南地区灾害性天气短临预报提供了重要的技术支撑。

  (4)高原动力热力作用对亚洲天气气候有着重要的影响。冬季,高原动力阻挡作用改变了纬向西风气流;夏季,高原热力作用和海陆热力差异共同驱动亚洲季风。学科参与了几乎所有青藏高原的大型国内和国际合作试验;首次开展各季节高原地表粗糙度参数化,系统分析高原动量和热量输送特征,为大气模式的发展及其在高原地区的适用性提供了基础保障。中国科学院吴国雄院士认为团队“在青藏高原总体输送系数和地面通量研究方面取得了具有创新意义、在国内外同类研究中居于先进水平的最新研究成果”。

  (5)青藏高原是生态系统响应气候变化的敏感区。学科范广洲教授团队在国家自然科学基金等项目的支持下,系统研究了青藏高原植被变化的特征及其与气候变化的关系,探讨了高原植被变化对我国气候形成和演变的可能影响及其机理,形成了具有特色研究成果,得到了国内外相关专家的认可,已在重要学术期刊上发表论文20余篇。相关研究成果对于了解全球气候变暖背景下,青藏高原地区植被的演变,以及高原植被演变对我国区域气候的可能影响及其机理有着重要的现实意义,高原植被前期变化对后期气候的影响,可应用于我国短期气候预测中,有较好的应用前景。

  主要成果包括:青藏高原植被存在明显的年际变化,近20年来高原植被主要呈现逐渐好转的特征,特别高原西部、北部和中南部地区植被增加明显。从各季节植被的年际变化来看,春季植被增加最为显著。高原植被的演变主要受高原气温因素的影响,一般温度越高,植被生长越好;而受降水的影响相对较小。青藏高原前期(冬季、春季)植被变化,对高原地区、西南地区、我国东部季风区等后期(春季、夏季)的气温降水有较为明显的影响。高原前期植被与高原后期降水、气温主要成正相关关系;与西南地区地区后期降水和气温也有较好的关系。高原前期植被高低,能够明显的影响我国后期降水的分布特征。一般而言,高原前期植被与我国后期降水的相关系数从南向北成“+-+-”的分布形式。高原植被主要是通过改变高原地区地表热源,改变高原地区陆气相互作用过程,导致我国夏季风系统和大气环流变化,从而影响区域气候。


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