黨的十八大以來，中國氣象局圍繞暴雨、強對流、龍卷等極端災害性天氣及青藏高原等高影響區域開展野外科學試驗研究，揭示極端天氣氣候事件發生機理，提高天氣氣候預報預測準确率，形成了一批具有世界影響力的成果。

十年來，大氣科學野外試驗基礎設施建設日趨完善。截至目前，已建成6個國家野外科學觀測研究站和31個野外科學試驗基地。試驗基地充分利用學科及區位優勢，吸引外部門專家和團隊聯合開展觀測試驗和合作研究，實現了數據和成果共享，并逐漸從天氣、氣候的機理研究拓展到對地球系統演化的全面探索。

這些成果離不開中國氣象局黨組的高位推動。2016年，《中國氣象局野外科學試驗基地管理辦法》出台，2021年《“十四五”中國氣象局野外科學試驗基地發展規劃》印發，為野外科學試驗基地的發展指明了方向。

聚焦水資源與生态安全 探索“亞洲水塔”水分循環奧秘

9月17日，翼龍-2大型無人機從四川阿壩紅原機場騰空而起，在三江源地區的阿尼瑪卿冰川7500米高空成功下投12枚探空儀，與機載合成孔徑雷達、大氣微波綜合廓線儀一起，實現對青藏高原大氣垂直和下墊面的“掃描”，觀測數據實時傳回地面指揮系統。這是我國高空大型無人機氣象觀測專項計劃——“海燕計劃”在高原試驗的首飛作業，也是第二次青藏高原綜合科考任務中探索“亞洲水塔”冰川區大氣水分循環奧秘的重要途徑。

青藏高原是世界屋脊、亞洲水塔，是地球第三極，是我國重要的生态安全屏障，作為我國天氣系統的上遊，直接影響我國生态安全、水資源供應、氣候系統穩定。但由于地理環境制約，這裡站點稀疏，氣象數據嚴重不足。十年來，針對青藏高原的氣象科學考察及試驗有序開展——

2013年5月，第三次青藏高原大氣科學試驗正式立項，首次開展高原中部雲降水物理特征的飛機-地基雷達-衛星遙感綜合觀測，實施高原陸面-邊界層觀測、雲降水物理過程和大氣水循環觀測、臭氧和氣溶膠觀測、高原目标區與下遊災害天氣過程協同觀測等，觀測試驗站網的準業務運行填補了青藏高原中西部缺少土壤濕度和對流層常規氣象要素探空資料的空白，實現了高原陸面-邊界層-對流層的地空天一體化綜合觀測技術的重要突破。

2019年，第二次青藏高原綜合科考任務一項目重點研究“西風-季風協同作用及其影響”瞄準氣候變化關鍵區和敏感區，推進“亞洲水塔”大氣水分循環綜合觀測平台建設，在海洋水汽源通道“隘口”墨脫布設了X波段相控陣雷達、雲雷達等多類探測系統，構建了墨脫、珠峰北側雷達超級站，實施了雅魯藏布江沿江天-地-空一體化綜合觀測試驗，填補“亞洲水塔”雅魯藏布江區域典型複雜河谷地形雲降水結構特征綜合探測的空白；首次實現了西藏地區雷達綜合觀測數據與北京遠程傳輸；開展了雅魯藏布江水汽通道關鍵區-墨脫、珠峰地區雲降水粒子微物理特征分析研究。

采用墨脫雲雷達與再分析水汽通量數據，追蹤墨脫水汽流“入口處”水汽軌迹，發現高原-海洋水汽源通道“隘口”及其對“雨窩”影響的特征；發現引發孤立對流型降水與“高架”對流型降雪、邊界層附近強垂直風切變典型的“順滾流”結構等珠峰地形特殊動力效應；開展了50米分辨率高分衛星與風雲靜止氣象衛星聯動監測試驗，揭示了高原南坡海洋源水汽通道“隘口”對流雲團對“冰川之鄉”波密雲降水過程影響軌迹特征；采用重力衛星水儲量數據與觀測站網多源信息相結合綜合分析方法，發現江河源頭降水與水儲量高相關強信号的“敏感區”特征；發現亞洲水塔三江源視熱源結構特征及其“供水系統”熱力驅動機制；基于高分辨率衛星與業務觀測站網數據相結合的變分分析，發現青藏高原降水量變率空間分布南北差異顯著，提出高原“暖濕化變化趨勢”與“亞洲水塔”降水區域性差異關聯性特征的新認知；揭示冰川區降水“補給”變化是造成青藏高原南、北緣地區冰川退縮程度差異不可忽視的關鍵因素之一；基于衛星與多源觀測數據綜合分析，拓展了氣候變化對高原凍土退化影響的新認知；發現高原地區季節凍土退化與植被變化呈關聯性；揭示凍土融化-微生物種類和數量增加-碳排放增加-氣候變暖的正反饋作用。

通過科考綜合分析研究，構建了“亞洲水塔”水分循環“窗口效應”相關綜合模型，揭示了高原與全球，乃至北極、南極構成水分循環相互關聯的“三極聯動”效應。

劍指災害性天氣發生機理 築牢氣象防災減災第一道防線

我國是世界上受氣象災害影響最嚴重的國家之一，特别是在全球變暖的背景下，災害性天氣更加頻發、重發、并發。近年來，圍繞極端災害性天氣，中國氣象局持續開展野外科學試驗研究，揭示極端天氣氣候事件發生機理，提高災害性天氣預測水平，減少人民群衆生命财産損失。

直接觀測是當今國際公認的獲取台風結構特征的最佳途徑。為破解台風内部精細結構直接觀測資料稀缺的難題，從2014年開始，中國氣象局上海台風研究所聯合香港天文台組織實施台風強度變化科學試驗，除常規觀測外，還應用多類型無人機、風廓線雷達、激光雷達、微波輻射計、雨滴譜、梯度塔、浮标陣等觀測設備，研發的基于火箭/導彈的下投探空系統也首次應用于台風觀測并取得成功，為開展基于敏感目标觀測奠定了基礎。

2018年，中國氣象局上海台風研究所依托國家重點研發計劃項目“近海台風立體協同觀測科學試驗”構建地-海-空-天台風探測系統，獲取多個近海台風的三維精細結構特征的直接觀測資料，并改進近海台風數值模式，使台風24小時路徑預報誤差從2015年的87公裡降至71公裡，其中12級以上台風的預報誤差降至55公裡。2020年8月，大型無人機按照“海燕計劃”既定規劃投下30枚探空儀，對台風“森拉克”開展“CT式”掃描。随着大量觀測數據被實時傳回地面指揮系統，我國首次高空大型無人機台風綜合觀測試驗圓滿成功。

針對我國描述季風暴雨精細動力物理結構認識模糊、發生發展機理認識不夠深入、模式物理過程參數化方案的适用性有待評估和改進、對流可分辨集合預報擾動方法不足等問題，自2019年開始，中國氣象局在廣東開展華南暴雨的微物理和動力精細結構綜合觀測試驗，基于獲取的12次暴雨過程觀測數據，形成了3公裡水平格距逐小時格點分析場以及集合預報初始場，并于今年8月開展了我國首次七波段雷達聯合觀測試驗。利用多平台聯合觀測數據，深化了次季節尺度擾動、天氣尺度系統、中小尺度過程造成暖區暴雨的多尺度作用機理，首次揭示了以華南沿海為代表的全球季風海岸極端降水的微物理統計特征，将暴雨動力學研究推進到γ-中尺度及其與微尺度過程的耦合，獲得了季風海岸超大城市群氣溶膠-雲相互作用的新認識，并闡述了暖區暴雨觸發和發展的地面冷池、海陸差異、地形、城市等複雜下墊面影響的物理過程。

基于觀測資料、機理研究和數值模拟，優化建立了對華南暴雨定量降水預報有正貢獻的雲微物理參數化方案、近地層參數化方案和邊界層參數化方案，創新研建了針對華南暖區對流觸發的可分辨集合預報擾動方法和試驗系統，華南前汛期暴雨概率預報技巧較2018年提高20%以上。

中國氣象局雷電野外科學試驗基地已建成集試驗、觀測和防護測試為一體的、先進的雷擊機理和防護試驗研究平台，迄今已成功觸發閃電200餘次，其中大電流回擊過程500餘次，在人工引雷技術的發展及應用方面走在國際前沿，其成果直接推動了多個領域雷電防護技術的創新研發和應用；在廣州建成了具有國際影響力的高建築物雷電觀測站，首次發現了雷電連接過程中先導之間的側擊行為，揭示了閃電通道精細化發展特征；構建閃電多維度特征與雷暴結構關系的新模型，深入揭示了閃電活動規律；研發高精度閃電探測和定位技術，建設了基于低頻及甚高頻信号的三維定位示範網，實現了對全閃活動的高效率探測以及對閃電通道發展形态的高時空分辨率描繪；研發的“雷電臨近預警系統”與國家級短時臨近預報系統(SWAN)集成，實現了大區域範圍雷電活動的臨近預警，并通過了天氣預報科技成果業務轉化認證；融合人工智能和數值模式，創新發展了雷電短時預報技術，實現了雷電活動0~12小時的逐小時循環預報。

瞄準“頑疾”開展針對性攻關

在中國氣象局黨組和地方力量的支持下，針對地域特色天氣氣候災害的科學試驗也在蓬勃開展——

博賀基地是我國重要的登陸台風野外試驗基地，自2008年以來，已獲取30多個台風的信息，建設的“登陸台風海-陸-氣一體化協同觀測系統”是2018年度國家科學技術進步二等獎“台風監測預報系統關鍵技術”項目的重要組成部分。

中國氣象科學研究院固城生态與農業氣象試驗站地處華北平原北部灌溉高産農業區，針對幹旱、凍害、霜凍、幹熱風、高溫熱害、風災等主要農業氣象災害，開展長期系統的農業氣象研究，提高農業氣象服務的科技水平，保障我國糧食安全。

秦嶺國家綜合氣象觀測專項試驗外場利用風廓線雷達、微波輻射計、激光雷達及X波段相控陣天氣雷達、風雲四号A星等探測資料，結合加密自動站、Micaps、多普勒雷達等資料，提高多源資料綜合、客觀應用水平。

為全面貫徹落實生态文明思想和關于“一湖兩海”的重要批示指示精神，2019年，烏梁素海濕地生态氣象野外科學試驗基地正式成立。幾年來，基地先後開展烏梁素海流域碳水通量監測、氣候承載力評估等生态環境遙感監測評估、巴彥淖爾市中小規模沙地調查和空中雲水資源評估等相關研究，為烏梁素海濕地生态環境治理提供數據支撐。

塔克拉瑪幹沙漠氣象野外科學試驗基地是目前世界上唯一深入流動沙漠腹地200千米以上的大氣科學綜合觀測試驗站，涵蓋梯度通量、輻射和渦動相關等探測系統，已建成以基地為主體，縱貫整個塔克拉瑪幹沙漠的“三縱一橫”綜合探測對比系統，2020年被科技部納入國家級野外觀測研究站。

在我國東南沿海建設有以福建霞浦為核心的基地和沿海站，浙江平陽（近海山地站）-浙江大陳島（沿海島嶼站）以及上海寶山（沿海城市站）一站多點式的華東台風專業監測網。成功構建了多點協同觀測結合野外機動觀測的台風綜合探測基地，先後成功追蹤“利奇馬”“煙花”“梅花”“瑪利亞”等一系列高影響台風，系統完整地描述了台風登陸過程中的結構演變過程。

不止于此，四川高原陸氣相互作用野外科學試驗基地、湖北長江中遊暴雨監測野外科學試驗基地……都在各自天地之間，為氣象數據獲取和科技攻堅貢獻力量。

中國氣象局宣傳科普中心（中國氣象報社） 出品

作者：張藝博（徐祥德、簡菊芳、王亮、趙平、金啟華、張勝軍、羅亞麗、呂偉濤、湯傑、王祯晗、周成龍對本文有貢獻）

編輯：楊奧清 簡菊芳 王素琴

審核：段昊書 姜虹

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