云降水物理与强风暴实验室

云降水物理与强风暴实验室
Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms
Institute of Atmospheric Physics
Chinese Academy of Sciences

　　因此，深入开展灾害性天气发生发展机理的研究,提高我国气象灾害预警预测的技术水平成为国家的迫切需求。一方面，要建立综合性的、适合社会发展需求的、现代化的立体大气监测系统，提高大气监测能力；另一方面，加强科研攻关和关键技术的创新，深入开展灾害性天气发生发展机理的研究，为提高重大灾害性天气预测的准确率提供科学依据。
　　我国是农业大国，农业人口多。每年因强烈灾害性天气的发生所造成的损失巨大，已严重威胁我国粮食战略安全，制约了国民经济的可持续发展。目前，人类还不可能阻止气象灾害的发生，但可以根据已掌握的天气情况，尽可能做出准确的预报，积极防御，减少损失，间接地提高生产力。气象预报在促进经济与社会发展中将起到越来越重要的作用。因此，提高中小尺度天气的预报水平，对于实现国家长期可持续发展及防灾减灾都有重要的现实意义。
　　上世纪90年代至今，我国社会经济和人民的生活水平有了长足的发展与提高，人民群众越来越希望了解更加全面、更加精细的天气情况，特别是对中小尺度天气预报精确度的要求越来越高，并趋向于多样化。而相对多发的局地强对流天气（如暴雨、冰雹、大风等）还会造成交通瘫痪、电力中断、建筑破坏，这不仅给人民的日常生活和生产带来不利影响，也严重地影响在我国举行的各种重大活动；例如，2001年8月23日晚，一场强冰雹、雷雨、大风袭击了北京城区，适值21届大学生运动在京召开，风暴严重影响了当晚比赛的进行。由此可见，人们已不满足于仅仅了解未来天气的变化如何，更关注未来天气变化所带来的可能影响。
　　我国要承办2008年奥运会，而奥运会的气象保障工作对中尺度数值预报的有效性和准确性要求很高；奥运会安排比赛项目，需要定时定点的场馆天气预报。
又如，2002年7月19日晚，郑州的灾害性强对流冰雹天气造成18人死亡，212人受伤，直接经济损失达4.9亿元。而当天的河南省天气预报是这样的："雷雨时伴有短时大风或局部冰雹等强对流天气"，没有说明冰雹发生的具体地点和时间，这使得广大市民对此毫无准备，猝不及防。试想，此事如果发生在北京，发生在奥运期间，会引起什么样的后果呢？
　　综上所述，无论从国家可持续发展战略和防灾减灾角度，还是从2008年奥运会的社会需求来考虑，都迫切需要加强造成我国中小尺度系统的强烈天气发生机理及数值预报关键理论和技术的研究。因此，开展中小尺度气象学研究具有重要的科学意义与应用价值。

二、成立实验室的紧迫性与必要性
1、国际前沿：科学技术发达的国家（美、英、法、德、日等国）大成果和将帅级科技人才多来自开放实验室。比如，美国的普林斯顿开放实验室出了很多的将帅级科技人才。英国READING的ECWMF本身就是一个开放实验室，他们的中长期数值模式居于世界领先水平；日本的Frontier本身也是一个开放型实验室，其地球模拟系统闻名于世；法、德等国都有类似的开放实验室且做出了一批很高水平的科研成果。
2、国内现状：我国许多大成果也主要来自国家级开放实验室；具体到中科院大气所，如LASG、LAPC等国家级开放实验室都是人才济济、成果倍出。事实证明：开放实验室具有勃勃的生机和旺盛的、长远的生命力。
3、国家需求：我国正处在一个迅速发展和工农业转型时期，然而很多中小尺度系统造成的灾害的发生不仅阻止这种发展（如1998的大洪水），而且这种转型对这种类型的灾害天气的预测提出了很多新的科学问题，如，交通、机场等行业需要对雾的预测更加准确及人工消雾；旅游产业需要准确且人性化的预报；国家大型活动及奥运需要"定时、定点、定量"的精细预报；工农业发展需要人工增雨缓解水资源短缺等。这些需求既是国家急需的，又是中小尺度气象学新的生长点。
国内外的科技发展态势表明：如果不进行开放合作与学科交叉，就无法满足国家社会的需求，也不能在国际科研之林拥有一席之地。
鉴于以上国家需求及国际科学前沿发展态势，中小尺度系统与灾害研究部的全体职工强烈要求成立所级开放实验室以代替现有的研究部。

"云降水物理与强风暴实验室"
Laboratory of Cloud-Precipitation Physics and Severe Storms (LACS)

四、实验室领导班子
主任：雷恒池
副主任：钟青、肖辉、郭学良
主任助理：陈家田

五、实验室学术委员
主任：陶诗言院士
副主任：赵柏林院士、伍荣生院士、陈联寿院士、赵思雄院士
委员：郑国光、张大林、沈善普、陈泮勤、周晓平、黄美元、
谭本馗、谈哲敏、陆汉诚、洪延超、朱江、高守亭、
王业桂、王昂生、吕世华、钟青、宇如聪、罗云峰、
张金东、牛生杰、肖辉。
学术秘书：孙建华

六、实验室的战略定位
贯彻我院"新时期办院方针"，重点开展强风暴及中小尺度系统观测、动力理论与诊断分析和预测、中小尺度天气系统的可预报性、数值预报模式发展、资料同化及应用、云降水物理及人工影响天气理论、方法和应用研究。为我国国民经济可持续发展，提高防灾减灾与短期及临近天气预警预测和人工影响天气水准，提出科学理论，提供科学方法，解决关键问题。

七、学科方向与科研骨干
　　重点研究造成灾害的各种天气现象（如暴雨、降水、大风、冰雹等）的形成机理、发生发展及移动、演变的规律，以及对它们的预测、预报和人工控制、影响的理论、方法和技术。
三个学科方向如下：
1、强风暴及中小尺度系统的理论、观测与分析及预测研究
1）强风暴及中小尺度系统的动力学及诊断分析研究：重点研究造成灾害的强风暴及中小尺度系统的发生发展的动力机制和物理过程，研究强风暴及中小尺度系统与天气尺度系统的相互作用过程等内容，研究制约强风暴及中小尺度系统与天气尺度系统发生发展的主要因子。
2）强风暴及中小尺度系统观测实验与遥感资料分析和反演研究：组织开展以卫星、雷达等遥感观测手段为主的强风暴及中小尺度系统的观测实验，研究探测技术方法；开展卫星、雷达等遥感观测资料的分析和反演研究；利用卫星、雷达等遥感观测资料以及其他常规和非常规观测资料，研究强风暴及中小尺度系统的三维结构以及发生、发展、移动和演变的规律和预测方法。
3）强风暴及中小尺度系统数值模拟和短时及临近预测研究：重点开展强风暴及中小尺度系统数值模拟研究；发展根据卫星、雷达等非常规资料在数值模拟和预报中应用的技术方法；发展强风暴及中小尺度系统的定时、定点和定量预报理论及技术，对强风暴及中小尺度系统进行短时及临近实时预测，提高我国中小尺度灾害性天气的短时及临近预测能力。
科研骨干：高守亭、肖辉、平凡、崔晓鹏、刘德民、周玉淑等。
2、中小尺度天气系统的可预报性、数值预报模式发展、资料同化及应用研究
1）中小尺度模式发展与计算理论和可预报性研究：发展新的中小尺度天气数值预报模式的计算理论，发展具有自主核心技术的新一代中尺度数值预报模式，开展台风、暴雨雷暴等灾害性天气的可预报性研究。
2）灾害天气（暴雨、酷暑等）的数值模拟、预测和减灾研究：主要研究灾害天气系统的三维结构、发生发展规律，研究这些天气现象所造成的各种灾害及对各种灾害的评估、预警、防治和对策方法。
3）资料同化理论和应用研究：重点研究各类非常规资料（卫星、雷达、GPS等）的同化技术，为建立新的资料同化系统提供理论和方法。在此基础上，为发展的新一代数值预报模式提供资料分析与同化系统。
科研骨干：钟青、孙建华、雷霆、陈家田、张小玲、孙左令等。
3、云降水物理及人工影响天气的理论和方法研究
1）云和降水形成的动力与物理学研究：主要研究云和降水形成过程中宏观动力过程与云微观结构之间的关系以及制约降水发展的主要因子。
2）云和降水的观测与实验：利用一切可用的探测手段，如机载云粒子探测系统（PMS）、机载微波辐射计、热线含水量仪、温湿度探头、常规天气雷达、多普勒雷达、地面雨强计、雨滴谱仪等探测仪器，对降水云系进行综合观测，研究实际降水云系降水形成机理，为进一步理论研究提供第一手资料。
3）人工影响天气的理论和方法研究：针对我国实际降水云系的情况，利用综合观测资料和数值模式，研究人工增雨、人工降雹的理论和方法，侧重不同地域降水云系人工增雨的最佳部位、时机和人工催化剂量以及针对降水云系开展系统化、规模化人工增雨作业的理论和方法。
4）云的参数化的理论和方法研究：重点研究适合我国降水云系微物理特征的云过程参数化处理方案，提高我国云系数值模式模拟的准确度。
科研骨干：洪延超、雷恒池、郭学良、胡朝霞等。
聘用的海外学者有张大林教授、许秦教授、沈善普教授等。

八、课题开放、国内国际合作
针对以上三个学科方向，目前计划每年开放3-6个课题；资助经费为3-10万/课题；资助经费强度根据课题研究内容和任务而定。
扩大与国内兄弟单位及所内开放实验室的合作。
开拓国际合作：在与美国NOAA强风暴实验室、NCAR的 Bruintjes教授，英国DUNDEE大学旋转流体实验室等已有合作的基础上，积极开拓国际合作。

九、人才培养
人才队伍建设的重点是通过引进和培养相结合，培养一批在国内外学术界知名的国际学术界有影响的学科带头人，培养一批能够承担重大科研任务的年轻学术骨干，逐步形成以具有博士学位为主体的，具有创新能力的高层次的年轻研究队伍。
培养一批博士后、博士研究生和硕士研究生，具体目标如下：
1、每年培养1-2名博士后。
2、每年培养6-9名研究生（博士、硕士）。
3、与海外学者联合培养1-2名研究生。
将这些新生力量与固定人员一起形成一支结构合理、实力雄厚的研究队伍。

十、运行管理机制
　　本着开放、流动、联合、竞争的原则，建立实验室的管理运行机制。固定研究人员编制为25人。若干名包括客座研究人员在内的流动人员。
1、实验室运行机制
　　实验室实行室领导班子集体负责制，室主任全面负责实验室的工作，包括人员聘任、仪器管理、人才培养、科学研究、财务开支、行政管理等，执行"大气所室务公开条理"并自觉地接受室务委员会和全体职工的监督。
　　实验室设立学术委员会，设主任委员1人，副主任委员 4 人，委员若干人，以后可根据学科发展情况，调整学术委员会。
　　实验室实行任期聘任制和岗位责任制。实验室全体人员应胜任岗位工作并具有对客座研究人员咨询、指导的能力。
　　实验室仪器设备统一管理，实行专管共用、资源共享，任何人和课题组不得占用，实验室人员具体负责仪器设备管理，并为来室的研究人员和学生提供方便的使用条件。研究人员必须服从本室仪器管理人员的指导，遵守仪器操作规程。
2、实验室管理机制
　　本实验室将严格按照中国科学院和大气物理研究所有关实验室的规定进行运行和管理。以"开放、流动、竞争、协作"的精神为准则，实验室实行课题制管理，研究队伍由固定人员和流动人员组成，一定比例的固定成员由实验室主任公开招聘，其它研究人员由学科或学术带头人根据研究工作需要和争取课题的实际情况自行聘任。以有利于将本研究领域的科研力量联合起来为根本出发点，以合理调配科研力量和资源，形成合力，解决国家战略需求和不断做出原始创新科研成果为目的。同时，力争实现"开放、流动、竞争、协作"的研究格局，充分调动各方面的积极性，形成优势互补、强强联合的良好局面。
　　1）实验室主任负责制
　　本实验室的各项工作由实验室主任全面主持和负责。主任应是本研究领域高水平的年轻的学术带头人，并具有较强的组织管理和协调能力。
实验室主任的主要职责是：
　　①聘任实验室的固定工作人员和流动研究人员；
　　②制定年度预算，安排年度内国家有关部门和大气所下达的科研计划和经费分配方案，并定期对课题进行检查和监督；
　　③选聘学科组长，审定学科组的年度研究计划；
　　④组织国内外重要的学术交流与合作；
　　⑤安排和负责人才培养和人才引进工作；
　　⑥负责定期向学术委员会和大气所做工作报告。
　　2）实验室学术委员会
　　实验室学术委员会委员由国内外本学科优秀的科学家组成，其主要职责是：
　　①审议确定实验室的重点科研方向和研究计划；
　　②审定"实验室开放课题申请指南"；
　　③审议实验室对国家重大科研项目申请、国内外重要学术和交流活动；
　　④审批开放课题及课题负责人；
　　⑤定期对实验室的科研工作、科研成果和人才培养等诸多方面做出评议和提出指导意见；

　　学术委员会的主要工作方式为：
　　①每年至少召开一次学术委员会会议
　　②实验室开放课题评审采用会议或通讯方式；每两年为一个课题研究周期；
　　③学术委员会会议应有2/3以上委员参加，决议必须经2/3以上到会的委员同意方可通过；
　　④学术委员会委员可以通过讲学、短期工作、派研究生来实验室工作等多种形式来参加和支持实验室的工作，实验室为他们提供方便和所需的工作条件。
　　本实验室的学术委员会主任为陶诗言院士。
　　3）实验室的组织结构
　　本实验室由两部分组成：一部分为实验室研究主体，即三个研究方向构成的三个研究实体；另一部分是实验室设立的三个开放研究课题组，充分调动国内外各方面的积极性，形成优势互补、强强联合的良好局面，为解决国家战略需求和不断做出原始创新科研成果提供有利的条件。（实验室组织结构见图4）。

十一、已具备的基础
1、人才队伍
现有中国科学院大气物理研究所创新基地科研人员25人，其中研究员7人、副研究员8人。研究部在职职工28人，在读研究生29人；其中45岁以下青年科技人员占职工总数的比例为78.6%。这是一支结构合理、富有朝气、团结向上的团队。

2、现承担项目
¤国家自然科学重点基金项目"人工影响天气的理论和方法研究"；
¤国家"十五"科技攻关课题"人工增雨研究技术与示�"；
¤奥运项目"北京夏季异常天气预测与应急措施研究"；
¤院方向性项目"华北盛夏强烈天气发生机理及其中尺度数值预报
关键理论与技术研究 "
¤院科研装备研制项目"车载式X波段全相参多普勒偏振气象雷达系统" ；
¤世界银行贷款项目"卫星信息提取与开发"；
¤面上基金6项;
¤与陕西省、吉林省、福建省、北京市等地方业务部门的多项合作项目等。
3、仪器设备
现有气象卫星接收处理系统、MODIS卫星资料开发平台、飞机云粒子探测系统、机载微波辐射计、车载式多普勒偏振雷达系统、双波长测雨雷达等大型设备。
4、模式资料
拥有自主核心技术的新一代区域非静力模式（F-模式）；强对流云模式、冰雹分档模式、人工增雨模式；MM5、ARPS等模式。特种资料：云物理特种资料、雷达、卫星资料等。
5、国内国际合作
实验室已与国内兄弟单位及所内开放实验室开展合作，并与陕西省、吉林省、福建省、北京市等地方气象部门在人工影响天气和数值模式及预测等方面开展合作，并有多年的合作基础。
实验室已与美国NOAA强风暴实验室、NCAR的 Bruintjes教授，英国DUNDEE大学旋转流体实验室等单位开展国际合作。

1、 "大中尺度波与流相互作用理论的研究"，获得中国科学院2000年自然科学奖二等奖。
2、 "物理守恒保真格式构造与数值预报斜压原始方程传统谱模式改进研究"获1998年度世界气象组织（WMO）青年科学家研究奖（全球两位，中国首次）。
3、云和降水的数值模拟, 1989年获中国科学院自然科学二等奖。
4、我国和东亚地区酸性物质的大气输送研究，1997年获中国科学院自然科学二等奖。
5、积云中云滴谱形成的数值模拟研究，1990年获北京气象学会中青年气象科技优秀论文奖。
6、 "应用推广WR-IB火箭防雹增雨试点试验"2000年获陕西省农业技术推广成果二等奖。
7、 "华东暖云和梅雨锋研究"，获中科院科技成果三等奖。
8、 "我国酸沉降及其生态环境影响研究"，1997年或国家环境保护局（部级）科技进步奖一等奖。
9、 "西南地区酸雨来源影响和控制对策"，1991年获中国科学院科技进步奖一等奖。
10、"我国东部酸雨形成、危害及控制研究"，1997年获国家环保局科技进步一等奖。
11、"暴雨数值预报模式"，1988年获中国科学院科技进步一等奖。
12、"暴雨数值预报模式及其业务应用"，1989年获国家科技进步二等奖。
13、"长江中上游暴雨中尺度系统研究"，1993年获中国科学院科技进步一等奖。
14、"中国暴雨研究"，1997年获中国科学院自然科学奖一等奖。

红外线卫星云图显示一九九九年九月十六日台风约克于清晨趋近香港时，中心的风眼清晰可见。
(以上卫星云图接收自日本气象厅地球同步气象卫星)