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破解和挑战:聚焦复杂条件下陆-气相互作用

发布时间:2019-11-20 20:31来源: 未知

气象观测技术发展为突破该领域关键科学难题提供了良好机遇,我们应着眼于现代气象业务发展的大方向,将对基础科学难题的突破与解决现实技术瓶颈密切结合。

  复杂条件是大气科学无法回避的难题以陆面过程和大气边界层输送为核心环节的陆-气相互作用是地球陆面与大气之间物质和能量交换的主要途径,也是地球系统能量调整和转化的重要过程,即使太阳辐射对地球系统的能量贡献也主要是通过陆-气相互作用过程来实现的。不仅全球气候变化及生态环境空间格局演变受陆-气相互作用影响,而且重大天气过程的形成和发展也与陆-气相互作用过程密切相关。

  

  对均匀、定常的理想条件陆-气相互作用研究已相对比较充分,然而,在现实中,陆-气相互作用过程绝大多数时候都是在非定常、非均匀及受地形和外强迫影响的复杂条件下进行的。

  可以说,目前陆-气相互作用研究领域所面临的重要科学难题大多都是复杂条件引起的,复杂条件带来的问题已成为陆-气相互作用研究领域所面临的最大科学挑战,严重制约了该领域研究成果在解决天气气候问题中的应用程度。复杂条件大气物理过程参数化问题也一直影响着大气数值模式的发展,目前,气候预测和天气预报的不确定性和误差问题也在很大程度上与此有关。这一问题已成为大气科学发展进程中无法回避的科学难题。

  破解复杂条件陆-气相互作用科学难题是新一轮科学挑战在上世纪上半叶,经过对各种大气边界层相似性理论方法的争论和探索,终于在大量试验的基础上确立了均匀下垫面的一些理论方法,并由此带来了大气边界层研究的快速发展。不过,由于当时我国正处于战乱之中,中国科学家基本上缺席了这一科学进程,当时很少有来自中国这片土地上关于大气边界层研究的科学之声。

  

  上世纪70年代到90年代,国际上对陆面过程和大气边界层科学试验及其参数化研究迅速兴起,我国科学家在后期也广泛参与其中,积极开展了一些以陆面过程和大气边界层为核心内容的陆-气相互作用野外科学试验,并作出了重要科学贡献。然而,由于受当时我国观测试验设备和科研经费以及国际合作交流深度的限制,中国科学界在这一进程中缺乏创新性和突破性的贡献,在这一阶段依然没有发出科学强音。

  当前,地球科学发展已进入到复杂条件陆-气相互作用研究的关键时期,我国科学家应该充分利用区位优势,突出地域特色,寻求对复杂条件陆-气相互作用研究领域关键科学难题的率先突破,力争引领该领域科学研究的国际潮流。

  气象观测技术发展提供了良好机遇近年来,我国综合气象观测体系有了很大进步,气象探空观测正在突破以往低精度、粗分辨、单手段、常规要素的观测局面,已经逐步发展成为具有高精度、高分辨、多手段、全要素的观测能力,已基本能够满足大气边界层观测试验的技术需要;正在建立的气候观象台网和野外科学试验站网、土壤水分和植被生态特征观测网,已初步具备对陆面过程的观测试验能力。同时,我国风云系列卫星和高分系列卫星的对空和对地观测,可以获取较高时空分辨率、大范围的多种陆面要素和大气要素立体分布信息。

  

  我国基本形成了天基、地基和空基立体观测体系,可提供空间分布比较密细、长期稳定、对陆-气相互作用具有较强针对性的科学数据,这是复杂条件陆-气相互作用研究的重要基础数据保证。

  实践证明,协同观测是集约化利用分散观测试验资源的有效方式,可以实现国内现有观测试验力量的效益倍增,从而为复杂条件陆-气相互作用研究提供充分的试验数据保障。可在以往进行的协同观测计划成功的示范作用基础上,充分整合现有观测试验资源,进一步提升协同观测的技术层次,彻底实现我国陆-气相互作用观测试验技术的标准化、数据质量控制的规范化和资料应用的共享化,可为复杂条件陆-气相互作用关键科学问题的突破创造非常有利的观测试验基础。

  另外,气象观测试验技术的迅猛发展是推动陆-气相互作用研究从理想条件向复杂条件发展的重要动力之一,陆面过程模式的不断完善以及陆-气耦合模式的发展,也是复杂条件陆-气相互作用实现突破的重要有利条件。

  基础研究要面向现代业务发展大方向复杂条件陆-气相互作用研究属于基础性研究领域,除了不断发现新特征和揭示新规律外,还应该从幕后走向前台,走向人们的生活,将对基础科学难题的突破与解决现实技术瓶颈密切结合,切实服务大众关注的现实问题。

  

  尽管复杂条件陆-气相互作用研究的一些理论成果距离实际应用还比较遥远,但应该始终在理念上着眼于现代业务发展的大方向,为天气预报和气候预测准确率提高解决理论难题,为大气数值模式发展提供可靠的物理过程参数化方案,对解决雾-霾等社会热点问题提供核心技术支撑,在解释气候变化和生态环境等重大问题上发挥关键科学作用。