气象研究与应用

一、引言应用气象是应用气象规律直接或间接地服务于人类生产实 践的科学。应用气象研究是提高公共气象服务水平、增强气象为 经济社会发展和人民安全福祉服务能力的重要基础， 是国家气象 科技创新体系建设的重要任务。 随着我国农业由传统农业向现代 农业的转变，以及我国经济社会发展进入新阶段所面临的新问 题，应用气象业务也随之发生了转变： 1.农业气象业务由定期与有限区域服务向以农业防灾减灾 气象保障为核心的新型农业气象服务体系转变;由以大宗粮食作 物气象保障服务为主， 向以大宗粮食作物、 设施农业、 特色农业、 牧业等多元化气象保障服务转变。 2.人工影响天气业务从重点地区试验应用型向业务服务型 过渡。 3.由以农业气象服务为主向人工影响天气、城市与健康气 象、交通与电力气象、航空气象、能源气象、沙漠森林草原气象、 水文地质气象及海洋气象等经济社会全方位公共气象保障服务 转变。 4.由传统气象服务保障手段向传统气象服务保障手段和现 代媒体气象服务保障手段（网络、手机、显示屏等）并用的转变。 针对这些转变，当前应用气象业务存在的主要问题有： 1.农业气象业务能力不能满足现代农业发展需求。 农业气象 业务产品有限，针对性不够强，时效不够高，覆盖面不够宽；多 数农业气象服务产品仍停留在定性描述或以传统统计方法为主 的水平，产品的定量化、数值化程度不高。 2.对人工影响天气的作业对象、部位和时机认识不足，对作 业技术方法及工具研发不够， 人工影响天气作业效果评估缺乏科 学性。 1 3.应用气象业务与新型监测信息的结合不够。高时空分辨 率、高光谱、多角度的多源卫星遥感信息在应用气象业务中的作 用还没有得到充分发挥。 4.应用气象业务与天气、气候预测业务衔接不够。在应用气 象业务中，缺乏天气预报业务产品与专业气象服务的结合机制， 时空分辨率的精细化程度不能满足相关行业的需求。 5.对一些新开展或拓展的应用气象业务领域的研究还不够 深入，推广应用不够，还没能形成稳定运行的业务能力。本计划紧密围绕应用气象业务发展需求，结合中国气象局 《公共气象服务业务发展指导意见》和《现代农业气象业务发展 专项规划》 （2009-2015 年） ，梳理制约应用气象业务服务发展的 关键科学问题，明确未来应用气象领域的研发目标和任务。组织 全国气象行业的优势科技力量、联合攻关，提高我国应用气象业 务服务的科技水平，拓展应用气象业务服务领域，形成稳定的应 用气象业务能力， 为气象防灾减灾和现代气象业务体系建设提供 坚实的科技支撑。 二、总体目标到 2014 年，形成与现代气象业务体系相协调、基本满足现 代经济社会发展和生态环境保护需求、 具有国际先进水平的应用 气象业务体系。发展适应现代农业需求的农用天气预报，农业气 象业务产品的针对性、时效性、精细化和客观定量化水平显著提 高；人工影响天气机制、不同作业云系认识与人工影响天气技术 水平得到明显提高，人工影响天气效果检验初步实现客观定量； 城市化发展对天气、气候与空气质量影响的定量化认识、城市高 影响天气精细化预报与影响评估预警业务能力显著提高； 健康气 象、交通与电力气象、航空气象、能源气象、沙漠森林草原气象、 水文地质气象及海洋气象等领域的预警与影响评估业务能力显 2 著增强。应用气象业务与天气气候预测业务、新型监测信息紧密 结合，业务产品的精细化程度和针对性显著提高。 应用气象研究计划总体框架图 三、重点领域及其优先主题本计划设立 11 个重点领域，29 项优先主题，126 项任务。 领域 1：农业气象 预期目标：发展适用于现代农业生产的农业气象预报技术、农业气象灾害立体监测与风险评价技术、 设施农业与特色农业气 象保障技术及适应气候变化的主要农作物生产气象保障技术， 明 显提升农业气象监测、预报、服务业务产品的定量化、精准化水 平，提高服务的覆盖面、时效性、精确性、针对性；基本满足农 业气象防灾减灾、 国家粮食安全和农业适应气候变化等方面的需 求。 3 关键科技问题： 天气气候条件与气候变化对主要粮食作物与经济作物生长发育和重要农事活动的影响及定量描述； 农业气象 灾害风险识别评估与灾损评估技术； 遥感与作物生长模型的耦合 技术及其区域化应用； 农业设施内外气象环境要素之间的相互作 用及其对生物产量与品质的影响评价。 优先主题 1：农业气象预报 农用天气预报关键技术[包括露天农业、设施农业（含设施 养殖） 、林果业、畜牧业和渔业生产]；农业气象指标体系；主要 农作物生长发育及产量形成动态监测与定量预报技术；天气预 报、气候预测产品在农业生产中的释用技术；现代农业气象业务 和服务产品； 遥感与作物生长模式耦合技术及其在农业气象预报 中的应用；精细化土壤墒情动态预报和灌溉预报技术；气象为农服 务效益评估技术。 优先主题 2：农业气象灾害 农业气象灾害(干旱、低温、霜冻、洪涝、冰雹、干热风、 连阴雨等)立体监测预警和灾损评估；农业气象灾害防御技术； 农业重大气象灾害风险评价与风险转移关键技术； 农业病虫害发 生气象条件监测、预警和评价技术。 优先主题 3：设施农业与特色农业气象 设施农业气象保障关键技术； 设施农业气象灾害预警及防御 关键技术；特色农产品产量与品质预测预报技术；水产养殖气象 保障关键技术；特色林果农业气象灾害监测预警关键技术。 优先主题 4：气候变化背景下的粮食安全预测与评估 农业气象模拟模型；气候变化背景下作物生产潜力预估技 术；作物产量气象集合预报技术；气候变化对作物品质影响的评 估技术；气候变化背景下农业气象灾害的评估；农业种植制度对 气候变化的响应与应对技术； 农田水分利用效率对气候变化的响 4 应与适应技术；主要农作物生产的气象脆弱性评价预警；气候变 化背景下农田生态系统安全评价及其变化趋势预测技术； 气候变 化背景下农业气候资源的有效性评估； 全球变暖背景下作物种植 区域和产量的效应评估技术。 领域 2：人工影响天气 预期目标：对层状云、对流云和地形云等不同人工影响天气作业云系的认识进一步提高，人工影响天气机理得到进一步揭 示；人工增雨(雪)、防雹、消雾技术水平明显提高；人工影响天 气效果评估初步实现客观定量，人工影响天气服务能力显著提 升。 关键科技问题：层状云、对流云、地形云形成的动力和热力条件，云的微观结构及降水形成过程；人工播云条件预报与判别 指标；不同云系的优化作业方法；人工影响天气数值模拟；催化 剂核化机理；冷(暖)雾形成机理及人工消雾技术；人工影响天气 效果评估。 优先主题 5：人工增雨(雪) 层状云的结构特征及其人工增雨(雪)关键技术； 层积混合云 的结构特征及其人工增雨(雪)关键技术； 地形云结构和人工增雨 (雪)关键技术；对流云结构特征及人工增雨(雪)关键技术；大气 水循环及空中水资源。 优先主题 6：人工防雹与消雾 降雹与非降雹对流云判别技术与指标体系； 人工防雹关键技 术；冷(暖)雾形成与判别技术；人工消雾关键技术。 优先主题 7：人工影响天气效果评估 不同作业方式(飞机、火箭、高炮等) 人工影响天气的效果 评估技术和方法；实用人工影响天气作业效果评估系统；人工影 5 响天气作业效果评估的业务应用与示范。 优先主题 8：人工影响天气催化剂与装备 人工影响天气地基、 机载监测装备； 关键云物理量识别技术； 新型人工影响天气地基、机载作业工具的研发与业务应用；人工 增雨(雪)催化剂定量检测、改进与业务应用；人工消冷(暖)雾催 化剂及其应用。 领域 3：城市与健康气象 预期目标：城市群复杂下垫面物理过程模式、城市群精细气象预报技术、城市高影响天气影响评估预警方法基本建立；空气 质量与天气敏感疾病的预报预测技术明显提高， 健康气象评估预 警技术基本建立，业务服务能力显著提高。 关键科技问题：城市非均匀下垫面和城市（群）化对天气气候的影响机理； 城市群地区陆面过程和边界层参数化方案及数据 同化技术；城市群区域复合大气污染的形成机理及其扩散、传输 过程；天气敏感疾病发病和流行的气象诱发机制与预报技术；高 影响天气和空气质量对人居环境与人体健康的影响机制和评估 技术。 优先主题 9：城市复杂下垫面物理过程 城市群复杂下垫面过程模式与边界层参数化方案； 超大城市 群精细气象预报预测技术；城市化和气候变化的联系机制及对 策；不同城市群地表特征的获取与评估技术；耦合城市陆面模式 与精细资料同化的气象预报系统应用与评估。 优先主题 10：城市高影响天气 城市局地高影响天气(暴雨、雾、霾、雪、高温、寒潮等) 发生规律及其精细化预报技术；高影响天气对城市生命线系统 (交通、供电/暖/气/水等)的影响过程与评估技术；高影响天气 6 对城市运行与重大活动的影响过程与评估； 城市突发气象灾害风 险防范与快速响应关键技术。 优先主题 11：空气质量 城市群区域复合大气污染物传输过程与预报技术； 空气质量 预报关键技术及其应用；空气质量风险评价与示范；危险气体泄 漏大气扩散预报与风险评估技术。 优先主题 12：健康气象 天气敏感性疾病(心脑血管疾病、 呼吸系统疾病等)发病和流 行诱发机制及预报技术；生活健康气象指标体系（风寒指数、防 晒指数、中暑指数、突发疾病指数等）与评估技术；大气污染物 （SO2，CO，O3，PM，酸雨，酸雾等）对人居环境影响的评估技术； 空气质量对人体健康影响的评估技术。 领域 4：交通与电力气象 预期目标： 建立道路能见度、 路面温度、 路面状况预报技术，发展道路能见度、道路结冰、积水、大风等对交通运输影响的评 估预警技术，以及气象条件与导线覆冰、积雪、雷电和雾对电力 消耗和传输影响的预警技术， 实现交通与电力气象预报服务能力 显著提升。 关键科技问题：道路能见度、道路结冰、积水、大风等对交通运输影响的指标体系； 交通与电力高影响天气预警与精细化预 报技术；交通与电力高影响天气的影响评估方法。 优先主题 13：交通高影响天气预报 交通运输高影响天气发生规律及其精细化预报技术； 交通运 输高影响天气对交通运输的影响过程与评估； 高速铁路专业气象 服务技术；道路天气预警服务、对策与气象服务效益评估。 优先主题 14：电力气象 7 导线覆冰(雨凇、 雾凇等)的形成机制及其对电力传输影响评 估；导线覆冰的天气精细化预报和风险评估技术；气象条件对城 市电力消耗的影响过程与评估； 电力行业气象服务效益评估技术 与方法。 领域 5：航空气象 预期目标： 发展适用于现代航空业飞速发展的航空气象监测网络、预报预警技术，尤其是基于数值预报、临近预报及实况监 测的航空气象重要天气、新终端区、低空风切变等的预报预警方 法，使我国航空气象的监测、预报、预警和服务产品水平达到国 际质量管理体系的要求，基本满足我国及周边区域飞行、空管等 对航空气象预报预警技术的需求。 关键科技问题： 基于数值天气预报的新终端区航空气象预报预警技术；对飞行有重大影响的天气系统（SIGMET）识别及其临 近预报技术；航空气象预报产品检验技术；四维立体气象资料的 构架技术；航空气象预报服务质量管理体系技术。 优先主题 15：新终端区预报 能见度预报预警技术；强对流天气预报预警技术；不同跑道 上的低空风切变预报方法和预警指标。 优先主题 16：SIGMET 监测预报 航空重要天气(雷暴、热带气旋、湍流、结冰、山脉波动、尘暴、沙暴、火山灰等)立体监测技术与方法；航空重要天气临近预报技 术；航空气象重要天气数值预报释用技术。 领域 6：海洋气象 预期目标：提高对海上气象要素、海雾、海上灾害天气等的监测和预报能力；完善风浪对船舶航行速度影响的失速计算方 8 法；提高远洋气象导航业务及服务能力。 关键科技问题：海洋气象灾害形成条件及演变规律；海-气 相互作用物理过程与控制机制。 优先主题 17：近海和海岸带海洋气象预报 沿海和海岸带大风的时空分布特征及预报技术； 近海和沿岸 海雾生消预测预警技术； 海上大风、 大雾等的预报预警技术方法。 优先主题 18：远洋气象导航及服务 大风大浪条件下船舶航行风险等级划分方法； 风浪对船舶航 行速度影响的失速计算方法；基于电子海图的海洋气象预报产 品。 领域 7：能源气象 预期目标：发展复杂地形区风能、太阳能资源的精细化预报及其气象风险评估技术；建立风电场、太阳能电站微观选址评估 标准。 关键科技问题：精细化的复杂地形数值模拟技术；风能与太阳能资源质量评估方法； 复杂地形区风能和太阳能的气象风险评 估技术；发电机的雷电防护关键技术。 优先主题 19：风能资源 复杂地形（风电场或宏观区域）风能资源精细化数值模拟技 术；风力发电机的雷电防护关键技术；风能资源质量和气象风险 评估技术；风电场电站微观性选址评估技术。 优先主题 20：太阳能资源 复杂地形太阳能资源精细化数值模拟技术； 太阳能资源质量 和气象风险评估技术；太阳能电站微观选址评估技术；太阳能发 电机的雷电防护关键技术。 9 领域 8：沙漠、森林、草原气象 预期目标： 研发沙漠及周边地区主要灾害性天气的预报预警技术，重建沙漠地区历史水文气候变化序列，研发大风、沙尘风 沙环境、冻害对特色绿洲农业、交通运输和生态环境影响的精细 化评估方法；森林、草原火险气象预报预测技术，森林草原对气 候变化的脆弱性评估技术；森林、草原病虫害和生态环境气象监 测评价预警系统， 显著提升沙漠、 森林、 草原气象保障服务能力。 关键科技问题： 沙漠地区大气边界层参数化及起沙输送过程的定量描述；沙漠天气灾害精细化预报技术；沙漠地区气候历史 变化重建技术；沙漠地区植被生长对风沙环境的响应与控制机 制；气象条件对森林、草原火的发生、蔓延影响机理；气象条件 对森林、草原及其病虫害的影响过程与模拟；寒旱区森林、草原 生长对气候变化的响应过程。 优先主题 21：沙漠气象 沙漠地-气能量交换过程及边界层参数化；沙漠地表起沙输 送过程的观测与模拟；沙漠及周边地区天气演变特征；沙漠及周 边地区灾害性天气监测预报预警技术； 基于树木年轮资料的沙漠 地区历史气候变化序列重建； 风沙灾害对绿洲农业的影响过程与 评估技术；风沙环境对荒漠植被影响的评估技术。 优先主题 22：森林、草原气象 精细化森林、草原火险气象预报与灾损评估技术；森林、草 原等对气候变化的脆弱性评估技术与指标体系；森林、草原病虫 害气象预报与灾损评估技术；森林、草原气象灾害监测预警与评 估技术； 森林、 草原生态气象监测评估与草畜平衡气象预测技术； 寒旱区森林、草原气象遥感监测与评估技术；基于树轮参数的干 旱半干旱区森林生长气候模拟与适应性评估技术。 10 领域 9：水文、地质气象 预期目标：建立基于数值预报、雷达资料的流域精细雨量预报技术，以及强降水诱发山洪、山体滑坡、泥石流的预警技术， 实现水文、地质气象预报服务能力显著提高。 关键科技问题： 基于数值预报的流域精细雨量与体积水预报；降水的资料融合和空间分析方法对水文预报的影响评估；结 合雷达估算降雨的多来源降水观测数据的融合和空间分析技术； 强降水与山洪、山体滑坡、泥石流的定量描述。 优先主题 23：水文气象预报 基于地理信息系统的水文气象预报技术； 大型水体富营养化 的气象监测和预警； 集合雷达降雨估算的降水精细化监测及其预 报技术。 优先主题 24：地质灾害气象预报 山洪气象预报预警技术；强降水诱发山体滑坡、泥石流气象 预报警报技术； 气候变化对著名旅游区水资源影响的监测与评估 技术。 领域 10：气候可行性论证 预期目标： 发展重大工程和城镇规划的气候可行性论证技术和气候风险评估技术； 建立重大工程与城镇和区域建设对气候影 响的评估方法与标准。 关键科技问题： 针对重大工程与城镇和区域建设的精细化数值模拟技术；数值模式的参数化改进；重大工程与城市和区域建 设的气候风险评估技术。 优先主题 25：重大工程和城镇规划气候可行性论证 重大工程（核电、风电、火电等能源类；交通、通讯、输电、 大型建筑等公共设施类；港口和海洋工程类）规划的气候可行性 11 论证技术；城镇（或区域）规划的气候可行性论证技术；重大和 重要工程防灾保障和风险管理技术。 优先主题 26：重大工程和城镇发展对气候影响的评估 重大工程（水利、火电、核电、风电、光伏电站及交通设施 等）对局地气候影响的评估技术；城镇和区域建设对局地气候影 响的评估技术。 领域 11：气象信息发布 预期目标：以气象信息产品及其发布技术为依托，建立气象服务信息技术支撑平台，提升气象服务能力。 关键科技问题：气象信息产品研制；数据挖掘和气象灾害预警信息发布关键技术；气象信息产品的发布及其效益评价技术。 优先主题 27：数据挖掘与气象服务信息技术 气象服务产品加工技术；气象服务产品库技术；气象空间信 息管理与应用服务技术。 优先主题 28：气象灾害预警信息发布关键技术 基于多源卫星和 3G 移动通信的气象灾害预警信息发布关键 技术；气象预警信息发布和显示编码格式；气象综合预警信息发 布平台关键技术。 优先主题 29：气象信息发布与效益评价 城市媒体(广播、电视、网络、手机等)气象服务应用技术； 气象为农服务应用技术；气象服务传播技术；气象服务满意度和 效益的评价技术与方法；媒体气象服务技术与平台示范。