竹滴清響
2023年7月,世界氣象組織宣布熱帶太平洋7年來首次形成厄爾尼諾條件,這可能會導(dǎo)致全球氣溫飆升、破壞性天氣和氣候模式的出現(xiàn)。同年11月30日,世界氣象組織宣布2023年是有記錄以來人類歷史上最熱的一年。隨后的12月,北京卻創(chuàng)下了繼1951年有完整記錄以來,12月期間最長連續(xù)低溫紀錄;河南經(jīng)歷了1961年以來最冷的12月中旬;山東煙臺和威海的暴雪,也讓這兩座城市的積雪深度突破了歷史極值。
進入2024年后,極端天氣頻發(fā):南昌的強對流天氣導(dǎo)致人睡在被窩中都能被風(fēng)吹跑;中東地區(qū),一次暴雨下了一年的降雨量,讓沙漠都變成了汪洋;極少下雪的廣州,在快進入5月份的時候,直接下起了大冰雹……
這些頻發(fā)的極端天氣,不僅給自然生態(tài)系統(tǒng)帶來了巨大的破壞,也給人民的生命財產(chǎn)安全造成了重大損失。因此,我們必須直面極端天氣,在深入探索氣候規(guī)律的基礎(chǔ)上,加強科學(xué)應(yīng)對,從而更好地緩解或解決極端天氣帶來的重大現(xiàn)實問題。
南京信息工程大學(xué)
聆氣象之音,聞萬物之聲
在多普勒激光雷達領(lǐng)域的新突破
南京信息工程大學(xué)在多普勒激光雷達領(lǐng)域有了新的突破。該校大氣物理學(xué)院夏海云教授研制的30千米全天候非視域多功能激光雷達,在遇到強降雨、大霧等惡劣天氣,或是遇到建筑物阻擋等情況時依然可以實現(xiàn)精準探測。
夏海云教授介紹,激光雷達作為新的大氣遙感手段正在蓬勃發(fā)展,其精準的大氣物理、化學(xué)、生物參數(shù)探測,對數(shù)值天氣預(yù)報、氣候模型改進、軍事環(huán)境預(yù)報、大氣污染監(jiān)測、生化氣體監(jiān)控、機場風(fēng)切變預(yù)警等具有重大意義。因此,夏海云教授及其團隊聚焦激光雷達的研發(fā),提出的高量子效率、低噪聲、全光纖集成紅外激光雷達方案,探索開辟了激光雷達發(fā)展的新方向。
在2022年,夏海云教授就帶領(lǐng)團隊自主研發(fā)出具有國際領(lǐng)先水平的“多大氣參數(shù)探測激光雷達”,并在氣象條件最為復(fù)雜的昆明長水國際機場部署應(yīng)用。該雷達是世界上水平探測距離最遠的(30千米)相干探測體制測風(fēng)激光雷達,能夠利用極限靈敏度探測技術(shù)對飛機起降區(qū)間進行全時全域的掃描探測,也能夠精準探測并預(yù)警風(fēng)切變、微下?lián)舯┝?、順風(fēng)側(cè)風(fēng)等干擾飛機飛行安全的危險天氣狀況,為飛機安全起降保駕護航。
這一次,夏海云教授及其團隊的技術(shù)再次升級——讓雷達在遭遇強降雨、大霧等惡劣天氣時也能實現(xiàn)遠距離、多大氣參數(shù)激光雷達遙感,特別是激光光束在被低空障礙物阻擋的情況下,也能實現(xiàn)全域風(fēng)場的重建。
“舉個例子,下雨時,雨水會阻擋我們的視線,同樣受阻的還有雷達。傳統(tǒng)測風(fēng)激光雷達由于探測能力有限,因此難以適應(yīng)各種復(fù)雜惡劣天氣條件下的風(fēng)場探測,而我們利用江蘇菲沃泰納米科技股份有限公司研制的納米結(jié)構(gòu)技術(shù),在玻璃上做了一個疏水疏油的材料,讓水滴、油污不會積在鏡片上,如此,激光就能夠順利地打出去。這樣便能更好地滿足各種條件下的探測業(yè)務(wù)需求。”夏海云教授說。
據(jù)悉,該雷達已經(jīng)在昆明長水國際機場、廣州白云國際機場投入使用。
以服務(wù)中國氣象事業(yè)為己任
南京信息工程大學(xué)自成立起,便以服務(wù)中國氣象事業(yè)為己任,不斷加強科研創(chuàng)新。
從1963年起,學(xué)校就承擔(dān)了一批中央氣象局1963—1972年的科技研究項目和課題、農(nóng)業(yè)部1963—1972年的農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃課題,內(nèi)容涉及大氣環(huán)流、臺風(fēng)預(yù)報、長期天氣過程、人工影響天氣、農(nóng)業(yè)氣象預(yù)報、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃、物理氣候、應(yīng)用氣候等。
1978年后,學(xué)校研究的領(lǐng)域主要有青藏高原氣象科學(xué)實驗研究、江蘇省的農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃研究、山區(qū)氣候資源調(diào)查、農(nóng)田小氣候研究、雜交稻氣象研究、臺風(fēng)協(xié)作研究、季風(fēng)研究、長期天氣預(yù)報研究以及人工影響天氣研究、雷達氣象研究、衛(wèi)星氣象研究等。
1984—1990年,學(xué)校承擔(dān)國家和相關(guān)部門的科研項目共130多個。
總的來看,從建校之初到20世紀末,學(xué)校便圍繞氣象行業(yè)需求開展科學(xué)研究工作,立足大氣科學(xué)學(xué)科優(yōu)勢,形成有特色的研究領(lǐng)域。其中,在長期天氣預(yù)報、季風(fēng)與熱帶環(huán)流、物理氣候與山地氣候、雷達氣象和短時預(yù)報、農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃等方面取得較大進展,對發(fā)展氣象科學(xué)、促進氣象業(yè)務(wù)水平的提高起到了積極的作用。
進入21世紀以后,隨著學(xué)校發(fā)展規(guī)模的擴大和辦學(xué)定位的進一步明晰,學(xué)校的大氣科學(xué)研究進入了快速發(fā)展階段。
2006年,學(xué)校發(fā)展戰(zhàn)略研討會將該年定為“科研啟動年”,提出了“四高一?!钡目蒲心繕耍瑘猿植恍负葑ァ案哳~度科研經(jīng)費、高等級科研項目、高水平學(xué)術(shù)論文和著作、高等次獲獎”,為大氣科學(xué)的科學(xué)研究工作提供了有力的政策支持。
2010年之后,學(xué)校大氣科學(xué)教師承擔(dān)了“973計劃”項目,國家重點研發(fā)計劃項目,國家自然科學(xué)基金重大、重點項目等多個重大科研項目,有力地支撐了大氣科學(xué)的高水平發(fā)展。
南京信息工程大學(xué)名片
南京信息工程大學(xué)是國家“雙一流”建設(shè)高校,是江蘇高水平大學(xué)建設(shè)高峰計劃A類建設(shè)高校。學(xué)校始建于1960年,隸屬于中央(軍委)氣象局;1963年獨立建校為南京氣象學(xué)院;1978年被列為全國重點大學(xué);2000年劃轉(zhuǎn)江蘇省人民政府主管;2004年更名為南京信息工程大學(xué)。2007年以來,學(xué)校先后實現(xiàn)了江蘇省人民政府、中國氣象局、教育部、國家海洋局等多方共建,現(xiàn)為以江蘇省人民政府管理為主的中央與地方共建高校。
學(xué)校的大氣科學(xué)學(xué)科入選國家“雙一流”建設(shè)學(xué)科名單,在第四輪學(xué)科評估中獲評A+等級;氣象學(xué)為國家重點學(xué)科。2023年10月,軟科發(fā)布了2023年“軟科世界一流學(xué)科排名”,學(xué)校的大氣科學(xué)學(xué)科再次躋身世界前列,位列第三,連續(xù)四年穩(wěn)定增長,展現(xiàn)出了學(xué)科的頂尖實力和潛力。
成都信息工程大學(xué)
成于大氣,信達天下
推動西南渦及其暴雨精細化研究
由成都信息工程大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院李國平教授領(lǐng)銜完成的成果“西南渦及其暴雨精細化特征的觀測試驗、診斷分析和預(yù)報技術(shù)研究”獲評“十三五”以來氣象行業(yè)優(yōu)秀科技成果。
在李國平教授的帶領(lǐng)下,由高校、研究所、業(yè)務(wù)單位組成的研究團隊依托公益性行業(yè)(氣象)科研專項的支持,通過7年多的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同攻關(guān),實現(xiàn)了西南渦及其暴雨精細化預(yù)報關(guān)鍵技術(shù)的突破。
針對西南渦及其暴雨的中尺度分析技術(shù)匱乏的現(xiàn)實,研究團隊引入對流渦度矢量、濕渦度矢量、濕螺旋度、水汽散度垂直通量等新型診斷物理量,發(fā)展出GPS可降水量變率、二階濕位渦等診斷分析物理量,并篩選、提煉出應(yīng)用效果好、有前兆指示性的預(yù)報判據(jù)指標集。此外,研究團隊還提出了面向西南渦及其暴雨的新一代分析方法及預(yù)報技術(shù),如中尺度濾波分析方法、高分辨率數(shù)值模擬技術(shù)、衛(wèi)星遙感資料應(yīng)用技術(shù)、雷達資料應(yīng)用技術(shù)以及中尺度對流系統(tǒng)的識別、跟蹤與預(yù)報技術(shù)等。
研發(fā)團隊還研發(fā)了西南渦及其暴雨的預(yù)報模型與西南渦的業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺,利用NCEP/NCAR再分析資料并根據(jù)研究團隊原創(chuàng)性提出的西南渦生成指數(shù),集成統(tǒng)計分析了1954年至2014年西南渦的氣候特征與西南渦異常發(fā)生的流型。研究發(fā)現(xiàn),除了地形和加熱作用,西風(fēng)帶及季風(fēng)環(huán)流帶來的水汽等也是影響西南渦的重要因子。
該研究成果在湖南省氣象臺、重慶市氣候中心、中國氣象局武漢暴雨研究所等單位的預(yù)報服務(wù)、科技研發(fā)、培訓(xùn)教育工作中得到廣泛應(yīng)用,成為暴雨預(yù)報的重要參考依據(jù),對提高這些單位的業(yè)務(wù)能力起到了重要作用。
該研究還培養(yǎng)造就了一支“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同、局校合作”的科技創(chuàng)新團隊,在推動西南渦及其暴雨精細化研究及業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用、保障國家公共安全、培養(yǎng)專門技術(shù)人才、普及防災(zāi)減災(zāi)科技知識等方面起到了重要作用。
中國氣象事業(yè)的人才培養(yǎng)基地
和科學(xué)研究基地
成都信息工程大學(xué)與中國氣象事業(yè)血脈相承,始終保持著密切的聯(lián)系。學(xué)校強化人才支撐、注重產(chǎn)教融合,不斷提升原始創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化能力,逐漸形成了大氣探測技術(shù)與裝備、大氣科學(xué)理論與應(yīng)用、現(xiàn)代氣象服務(wù)等覆蓋氣象業(yè)務(wù)全流程的大氣科學(xué)研究體系。
學(xué)校進行的青藏高原地氣耦合與氣候研究處于國際先進水平;研發(fā)的多普勒天氣雷達信號處理系統(tǒng)被國內(nèi)70%的天氣雷達采用并出口國外;開展的航空航天氣象研究為國防重大發(fā)射任務(wù)保駕護航;構(gòu)建的西南渦動力學(xué)、暴雨致災(zāi)機理與預(yù)測理論,提高了降水模擬與預(yù)報的精度;率先在國內(nèi)開展的龍卷風(fēng)探測技術(shù)研究,獲國家重點研發(fā)計劃支持;與中國氣象局共建的全國首個人工影響天氣聯(lián)合研究中心,為人工影響天氣、氣象防災(zāi)減災(zāi)提供了人才智力的支撐;利用人工智能技術(shù)、高性能分布式計算技術(shù)、大數(shù)據(jù)等服務(wù)國家氣象現(xiàn)代化建設(shè)。
建校70多年來,學(xué)校為中國氣象事業(yè)培養(yǎng)了數(shù)萬名優(yōu)秀的氣象人才,他們廣泛分布在氣象、民航、部隊、農(nóng)業(yè)等行業(yè)或領(lǐng)域,是中國氣象事業(yè)發(fā)展的重要力量。
成都信息工程大學(xué)名片
成都信息工程大學(xué)創(chuàng)建于1951年;1956年改制為中央氣象局成都氣象學(xué)校;1978年升格為本科院校——成都氣象學(xué)院;2000年,學(xué)校由中國氣象局劃轉(zhuǎn)四川省,更名為成都信息工程學(xué)院;2001年,原隸屬于國家統(tǒng)計局的四川統(tǒng)計學(xué)校整體并入;2015年,學(xué)校更名為成都信息工程大學(xué)。學(xué)校是“中西部高校基礎(chǔ)能力建設(shè)工程”高校、國家首批“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”試點院校、四川省首批“一流學(xué)科建設(shè)”高校、四川省新增博士學(xué)位授予單位優(yōu)先培育高校。學(xué)?,F(xiàn)有航空港、龍泉2個校區(qū),占地面積2000余畝。
學(xué)校的氣象學(xué)為四川省重點學(xué)科,該重點學(xué)科有四川省唯一的大氣科學(xué)碩士學(xué)位授權(quán)點及四川省唯一的大氣科學(xué)類省級重點實驗室“高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室”。學(xué)校設(shè)有氣象災(zāi)害與防災(zāi)減災(zāi)、氣候與氣候變化、氣象應(yīng)用與服務(wù)等研究方向,緊密圍繞天氣預(yù)報、氣候變化及公共氣象服務(wù)業(yè)務(wù)開展研究,為提高我國重大災(zāi)害性天氣、氣候及生態(tài)環(huán)境變化的模擬和預(yù)測能力做出了重要貢獻。
南京大學(xué)
氣象萬千,大有可為
“野火燒不盡”里的“野火”
為啥會“玩命燒”?
野火即森林、草原等植被生態(tài)系統(tǒng)中生物質(zhì)的露天燃燒,如森林大火、草原大火、秸稈焚燒引發(fā)的火災(zāi)等。極端野火會釋放土地里儲藏多年的碳,讓植被吸收二氧化碳的能力大大下降,從而導(dǎo)致森林水土流失、有毒顆粒物加重空氣污染等。
野火和天氣如何相互作用,一直是全球極端野火預(yù)測預(yù)報的難點。南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院丁愛軍教授團隊的最新研究發(fā)現(xiàn),野火不僅受氣象條件的影響,其排放的氣溶膠也會改變大氣中的濕度、風(fēng)速、降水等氣象要素,繼而顯著增加全球沿海地區(qū)的極端野火事件。團隊的相關(guān)研究刊發(fā)于國際期刊《科學(xué)》上,并被作為亮點成果予以重點介紹。
“科學(xué)認識影響野火發(fā)生、發(fā)展和消亡的復(fù)雜機制與關(guān)鍵控制過程,有助于提高預(yù)報水平并據(jù)此采取精準防控措施降低野火發(fā)生的頻率和強度?!倍圮娊淌谡f。
丁愛軍教授團隊通過分析過去20年全球不同野火燃燒區(qū)的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)美國西海岸和東南亞中南半島地區(qū)的野火燃燒面積存在顯著的天氣尺度變化,前者受風(fēng)速和濕度控制,后者則主要受降雨調(diào)制。團隊進一步對2020年9月美國西海岸破紀錄的超級野火事件和2004年3月東南亞中南半島的森林大火開展了氣象—化學(xué)全耦合數(shù)值模擬,揭示了這兩個地區(qū)不同的野火天氣尺度變率和主控因子背后的機理。
“研究發(fā)現(xiàn),在美國西部的地中海氣候區(qū),野火排放的煙羽會導(dǎo)致下風(fēng)向大氣中的氣溶膠增厚,而氣溶膠越多,到達地面的太陽輻射會越少,更多的熱量就會積累在大氣里,如此便會引起野火區(qū)風(fēng)速的增大、濕度的減小和大火潛勢的上升,從而顯著增加野火氣溶膠的排放量并導(dǎo)致峽谷地區(qū)城市空氣質(zhì)量的急劇惡化?!倍圮娊淌谡f。
位于亞洲季風(fēng)區(qū)的中南半島則有所不同。每年春季,該區(qū)域森林大火排放的氣溶膠在距離地表2—4公里的空中含量最高,且可以蔓延到我國的海南、廣東、福建等地區(qū),形成一條幾千公里的污染帶。通過氣溶膠的輻射效應(yīng),污染帶下面的低云會顯著增大。相關(guān)過程會顯著減弱季風(fēng)并減少南海向中南半島橫斷山脈東側(cè)的水汽輸送,從而減少當?shù)氐慕邓⑦M一步增強火的強度及延長燃燒時間。
該發(fā)現(xiàn)對全球人口密集的沿海地區(qū)極端野火事件的預(yù)測與提前干預(yù)有重要科學(xué)支撐,也有望為我國西部和大興安嶺等復(fù)雜地形地區(qū)的山火防治提供參考;同時對全球典型野火頻發(fā)地區(qū)的大氣污染防治、天氣預(yù)報、人工影響天氣以及氣候變化應(yīng)對等有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
廣納萬千變化的氣象人
南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院歷經(jīng)長期建設(shè)和發(fā)展,如今已成為我國大氣科學(xué)研究和高層次氣象人才培養(yǎng)的重要基地。在此期間,學(xué)校為國家培養(yǎng)了7000余名大氣科學(xué)領(lǐng)域的科技人才和業(yè)務(wù)骨干,其中13名成為中國科學(xué)院、中國工程院院士(含外籍),為我國氣象事業(yè)、經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展做出了重要貢獻。
數(shù)熠熠星光,南京大學(xué)畢業(yè)生的光芒不僅閃耀在科學(xué)的殿堂,他們的風(fēng)骨與傲氣更是讓世界矚目。中國第一位女副艦長、南京大學(xué)大氣科學(xué)專業(yè)1996級校友韋慧曉,站在乘風(fēng)破浪的軍艦甲板上說道:“一塊不貴的手表,因為我戴過了,所以身價百倍?!贝恕敖鹁洹币怀鼍退⒈司W(wǎng)絡(luò),獲得了數(shù)百萬點贊。
象變化讓天地失色,而南京大學(xué)氣象人的胸懷與豪情卻可廣納這萬千變化。
南京大學(xué)名片
南京大學(xué)坐落于鐘靈毓秀、虎踞龍盤的金陵古都,是一所歷史悠久、聲譽卓著的百年名校。其前身是創(chuàng)建于1902年的三江師范學(xué)堂,此后歷經(jīng)兩江師范學(xué)堂、南京高等師范學(xué)校、國立東南大學(xué)、國立第四中山大學(xué)、國立中央大學(xué)、國立南京大學(xué)等歷史時期,于1950年更名為南京大學(xué)。1952年,在全國高校院系調(diào)整中,南京大學(xué)調(diào)整出工學(xué)、農(nóng)學(xué)、師范等部分院系后與創(chuàng)辦于1888年的金陵大學(xué)文、理學(xué)院等合并,仍名南京大學(xué)。學(xué)校校址從四牌樓遷至鼓樓金陵大學(xué)原址。南京大學(xué)目前擁有仙林、鼓樓、浦口、蘇州4個校區(qū),有31個直屬院系。
南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院建立于1944年,前身是南京大學(xué)大氣科學(xué)系,是中國最早建立的氣象學(xué)系,是中國現(xiàn)代氣象科學(xué)的搖籃,為國家經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展和國防建設(shè)培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的氣象科技人才和業(yè)務(wù)骨干,造就了一批國內(nèi)外學(xué)術(shù)權(quán)威和知名學(xué)者,現(xiàn)已成為中國大氣科學(xué)研究和高層次氣象人才培養(yǎng)的主要基地。學(xué)校的大氣科學(xué)入選國家“雙一流”建設(shè)學(xué)科名單。
其他院校一覽
北京大學(xué):北京大學(xué)的大氣科學(xué)是全國唯一的大氣科學(xué)一級重點學(xué)科,其與南京信息工程大學(xué)的大氣科學(xué)學(xué)科并列全國第一,在第四輪學(xué)科評估中獲評A+。
蘭州大學(xué):蘭州大學(xué)的大氣科學(xué)學(xué)院始于1958年成立的氣象學(xué)教研組;大氣科學(xué)在2017年入選國家“雙一流”建設(shè)學(xué)科名單,在第四輪學(xué)科評估中獲評B-。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué):中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的大氣科學(xué)在中國科學(xué)院大學(xué)學(xué)科評估中位列前茅;學(xué)校在大氣科學(xué)領(lǐng)域開展了許多重要的科學(xué)研究,取得了顯著的成果。
中山大學(xué):中山大學(xué)的大氣科學(xué)學(xué)院成立于2015年,其前身是中山大學(xué)地理學(xué)系氣象學(xué)專業(yè);如今,該學(xué)院已建立了完整的人才培養(yǎng)體系,并成為培養(yǎng)大氣科學(xué)高級專門人才的重要基地。
……
曾有人說,大氣科學(xué)一聽就是冷門專業(yè),坐在這樣的“冷板凳”上,哪里能有“大前途”?但是,大氣科學(xué)領(lǐng)域的人才從沒有被白白埋沒——你可以自由發(fā)展學(xué)習(xí)興趣,探索自己的研究方向;你可以研究季風(fēng)、臺風(fēng)、龍卷風(fēng),掌控地球上強大的自然之力;你可以研究霧霾與大氣污染,為藍天白云、綠水青山和美麗中國提供科技保障;你可以預(yù)測未來的氣候變化,用自己的實際行動踐行“碳達峰、碳中和”的鄭重承諾……