文档介绍：2014年国家科技奖励公示材料-国家科技进步奖
项目名称:亚洲沙尘暴监测与数值预报集成系统
项目简介(限1200字)
亚洲沙尘暴是影响我国的强灾害性天气之一,不仅对工农业生产、交通、人民生命财产等造成严重危害,而且对天气气候及环境产生重要影响。其预报、预警的短板在于缺乏将沙尘暴地基观测、卫星遥感反演与包括其风蚀起沙、传输、沉降和变化数值模拟相结合的集成预报系统。加强沙尘暴监测、研发其定量预报方法、有效同化大量地基和遥感资料是提高亚洲及我国沙尘暴监测、预报、预警的关键所在。
本项目发展和完善了沙尘暴地面监测与卫星定量遥感技术,研发了包括数值同化系统在内的亚洲沙尘暴监测与数值预报综合集成系统,并率先投入国家级业务运行,取得良好预报效果,在科学与技术两方面均取得重要进展:
1、自主创立了亚洲沙尘暴监测与数值预报集成系统(CUACE/Dust)。通过亚洲沙尘的综合观测实验与分析,加深了对亚洲沙尘暴形成与变化的认识, 建立了适合亚洲沙尘暴源区风蚀起沙数据库,改进并完善了数值预报系统中的起沙与物理过程,在中国气象局天气预报模式中双向、在线耦合了能够分档模拟沙尘气溶胶质量和数浓度的数值模式,率先应用数值同化和双向辐射反馈技术,并建立实时评估检验平台,形成监测与数值预报集成系统。该系统是国际上第一个在国家级业务部门运行的沙尘暴
数值预报系统,使我国及亚洲沙尘暴的定量业务预报从无到有,提高了沙尘暴预报准确率,也因此发起世界天气研究计划“国际沙尘暴研究与发展示范计划”(WMO/WWPR/SDS RDP),并为后续国际沙尘暴预警咨询系统(WMO/SDS WAS)“亚洲-中太平洋区域中心”落户中国奠定了基础。CUACE/Dust 系统2004年开始提供数值预报产品,2006年正式被中国气象局批准为业务系统,一直在中央气象台稳定运行至今,并推广至地方气象业务部门广泛应用。预报业务产品分别以中英文在中国气象局和世界气象组织网站上发布,使我国沙尘暴监测与预报不仅为我国也为国际提供服务。
2、研发了亚洲沙尘暴三维变分数值同化系统。根据误差最小理论研发了一套多资料融合方法,基于此方法在国际上率先建立了能够同时同化不同观测系统沙尘暴实时数据(包括地基和空基的)的同化系统,该系统能够实时同化我国FY-2系列卫星反演资料和地面观测的能见度(天气现象)、及沙尘暴监测网PM10资料,实现了多种观测资料的同时同化,该工作在国际上是先导性的。
3、研发了基于我国FY-2系列卫星监测亚洲沙尘暴分布及强度的定量遥感技术与业务系统。能够利用我国静止气象卫星定量遥感亚洲沙尘暴分布,动态监测分析其结构与演变,沙尘暴遥感产品在CUACE/Dust集成系统中同化应用,为提高我国沙尘暴监测、预报能力提供重要的科技与数据支撑,标志着我国自主研发沙尘暴反演算法和卫星沙尘暴资料应用水平取得重要进展。
此成果对我国及亚洲沙尘暴天气灾害预警、应对与防灾、减灾发挥了重要作用,有显著的经济和社会效益。成果得到国家行业主管部门肯定,2006年获得中国气象局研究开发一等奖,项目第一申报人当选世界天气研究计划"国际沙尘暴研究与发展示范计划"科学指导委员会主席,推动发起了世界气象组织“国际沙尘暴预警咨询和评估系统”,形成了我国在沙尘暴监测与预报方面的主导地位。
有关亚洲沙尘暴业务数值预报集成系统(CUACE/Dust)“Atmospheric Chemistry and Physics”专辑发表。本项目还出版著作3部,另有52篇论文已在国内外重要学术刊物上发表,其中国际SCI论文36篇。
二、项目完成人及技术贡献
第1完成人:张小曳,研究员,中国气象科学研究院,发起并组织了此项目,指导并参与了项目组成员的相关研究。研究了中国沙漠区域沙尘气溶胶粒度、化学特征及在长距离输送中的变化等,指导并参与了源区表土矿物组成、起沙通量实测、风蚀数据库建立、CUACE/Dust实时评估检验系统、以及数值预报系统设计与建立研究。是创新点1的主要贡献者,见附件1-6、8-9、11、19-24、27-30、32-33。曾获中国科学院自然科学一等奖(排名5)、陕西省科技进步一等奖(2)、中国气象局研究开发奖一等奖(1)、国家自然科学三等奖(5)、二等奖(2)等;曾获首届全国 100 篇优秀博士论文奖,首届中国第四纪研究青年科学家奖,中国科学院青年科学家奖等。是1998年国家杰出青年科学基金获者。
第2完成人:周春红,副研究员,中国气象科学研究院,将分档沙尘气溶胶微物理在线耦合到中尺度模式中,开发了沙尘湍流和大尺度输送方案,解决了沙尘气溶胶在边界层的湍流输送问题和沙尘气溶胶大尺度输送耗散不守恒的数值计算问题,对建立亚洲沙尘暴监测与数值预报集成系统CUACE/Du