中国水利学会农村水利专业委员会学术年中国国家灌排委员会.docx

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中国水利学会农村水利专业委员会学术年中国国家灌排委员会

中国气象学会2016年度

气象科学技术进步成果奖拟授奖成果公示

一等奖（三项）

成果

（一）

成果名称：

大气能见度测量关键技术与仪器产业化

主要完成人：

刘文清、刘建国、程寅、陆亦怀、吕刚、方海涛、

钱江、丁志鸿、陈军、王亚平

主要完成单位：

中国科学院合肥物质科学研究院、安徽省大气探测技术保障中心、安徽蓝盾光电子股份有限公司

推荐单位：

中国科学院重大科技任务局

成果简介：

大气能见度是重要的气象观测要素之一，不仅用于气象部门的天气分析，而且更广泛用于高速公路、航空、航海等交通运输、环境监测以及国防等部门。

随着各行各业对能见度的精确测报要求越来越高，研制高精度大气能见度自动测量仪器并进行产业化有着重要的实用价值。

该成果涉及了多项技术，如气溶胶光散射特性、LED光源、光机电一体化和计算机技术等在能见度测量监测仪器设备中的综合应用。

所研制的大能见度自动观测仪，技术指标达到国际同类产品的先进水平，获得4项发明专利和2项实用新型专利授权、4项软件著作权登记。

该大气能见度测量仪采用发、收光辐射量的相对测量机理，测量气溶胶前向散射光反演能见度。

解决了雾霾和雨天算法修正、高精度大气透过率测量、系统定标等关键技术。

仪器采用了光源调制、同步解调法前向散射式测量原理，降低了光路调试、电子系统设计的复杂程度，减小了场地安装的要求，增加了仪器的实用性。

在信号采样部分采用了同步检波弱信号检测技术，提高了系统的测量精度和测量量程。

设计了一种数字滤波器，消除杂散光及电子噪声对测量的影响，解决了气溶胶前向散射光会受光源光强变化、背景亮度涨落等因素变化对能见度测量的误差影响。

设计并实现了雨天消光的修正算法，降低了由于雾、霾和雨滴等降水粒子尺寸差异带来的测量误差。

大气能见度仪标定一直是能见度自动观测的技术难点。

为此，发明了一种前向散射式能见度仪的标定方法，实现仪器快速、准确的标定，解决了在大批量化生产过程中和仪器在野外经过长期使用后的标定问题，该方法已得到中国气象局大探中心的推广，已开展了对业务台站能见度仪进行定期标定的工作。

利用能见度仪测污装置监测光学透镜表面污染，并通过软件消除对测量结果的影响；对光学窗片进行防雾处理，解决了镜片结露问题，同时对保护罩加热解决了在高寒地区冬季结冰现象，提高了仪器工作环境的适应性。

2010以来，已在安徽省等高速公路、中国气象局、江苏省沿线海岛气象站、吐鲁番地面辐射试验站、中科院遥感与数字地球研究所、珠海市环保局等部门安装大气能见度监测设备736套，实现销售收入5142万元。

其中，在安徽省高速公路恶劣气象条件监测预警系统中，全省3100多公里的高速公路沿线实现能见度要素15公里间距自动化监测，通过气象监测预警系统开展大雾等恶劣天气监测预警。

系统自试运行以来，全省高速公路交通事故起数同比下降40%以上，在高速公路保安全、降事故方面发挥了重要作用。

该成果已与企业合作进行了产业化批量生产。

合作企业也建设了生产基地，研发了批量生产的核心技术、工艺设备、生产调试线以及用于设备观测范围全量程校准的温湿度控制舱。

该成果已取得良好的社会效益和经济效益，也提高了我国企业的技术水平和竞争力，改变了我国相关业务化气象监测设备依赖进口的局面，为国家气象监测能力建设提供了重要技术支撑。

成果

（二）

成果名称：

中国极端气候事件监测预测业务系统

主要完成人：

李维京、宋连春、任国玉、张强、管兆勇、陈丽娟、

孙颖、肖风劲、高荣、王遵娅

主要完成单位：

国家气候中心、南京信息工程大学

推荐单位：

国家气候中心

成果简介：

全球变暖背景下，自1991年以来，每年由旱涝、高温、低温、强台风等极端气候事件造成的经济损失平均超过2000亿元。

面对极端气候事件对我国经济社会发展的严峻威胁，国家气候中心牵头、联合高校共同研发，建立了中国极端气候事件监测预测业务系统，提高了对极端气候事件成因认识及监测、预测和影响评估能力，在国家级和省级气候业务及其他行业中得到广泛应用，在国家防灾减灾中发挥重要作用。

主要创新性成果如下：

1．研究极端气候事件客观监测方法，从无到有建立了极端气候事件实时监测业务系统。

研制11项国家或行业标准规范及监测业务规定，建立了我国极端气候阈值数据集和和包括280种指标在内的监测指标库；完善中国极端气候事件监测业务技术规范和流程；实现极端气候事件实时监测业务，为极端气候事件归因诊断和预测奠定了基础。

2．研发适用于中国区域极端气候事件变化的检测归因方法。

研究了近50年极端气候事件出现频率和强度变化规律及机理，利用多种统计和动力方法，对诸如2013年夏季东部大范围高温等极端气候事件的成因和机制进行研究，丰富了极端气候事件诊断和归因的基础理论。

揭示了人类活动和自然外强迫对中国区域重大极端气候事件的影响程度，指出未来影响重大的极端高温事件频率将以比平均温度变化更快的速度增加。

3．研发极端气候事件的发生机理和月季预测方法。

全面梳理了影响中国主要极端气候事件的关键影响因子，揭示了各关键因子及其组合影响的机理，形成了物理概念模型，建立了主要极端气候事件的统计预测方法。

以动力气候模式环流预测为基础，极端气候事件影响因子物理概念模型为核心，利用气候模式预测结果具有较高技巧的变量，建立极端气候事件动力-统计降尺度预测模型，集成多种动力和统计月季预测方法，提供极端气候事件的概率预测，完善了极端气候预测业务流程，为国家防汛抗旱提供气候灾害预测服务产品。

在2011-2015年期间月、季平均旱涝预测技巧有稳步提高。

4．揭示全球变暖背景下中国极端气候事件造成重大气象灾害的变化规律，实现了极端气候事件综合信息服务与共享，规范了我国极端气候事件及其重大气象灾害服务技术体系。

建立并完善了极端气候事件对农业、人体健康、交通等定量化影响评估模型，并与极端气候事件预测相结合，实现了重大气象灾害风险预评估。

优化了极端气候事件公众服务产品多种展示效果，通过多种手段发布服务产品，拓展了极端气候事件及其造成重大气象灾害综合服务覆盖范围。

围绕中国主要极端气候事件预测关键科学技术问题，以极端气候事件监测为基础，以极端气候事件变化的检测归因为核心，研发基于气候模式预测的高技巧信息的降尺度预测方法，实现重大气象灾害风险预评估，建成综合监测预测、风险评估和服务为一体的业务系统。

在2010-2015年业务试运行中，实时为政府部门和公众提供极端气候事件服务产品，在防灾减灾和应对气候变化工作中产生了重大经济和社会效益，成果得到了国家行业主管部门肯定，推动了中国极端气候事件监测预测研究和业务发展。

成果（三）

成果名称：

风云二号卫星基于月球辐射校正的内黑体定标

主要完成人：

郭强、张志清、陈博洋、冯绚、陈福春、张鹏、

杨昌军、王新、冯小虎、李欣耀

主要完成单位：

国家卫星气象中心、中国科学院上海技术物理研

究所、北京华云星地通科技有限公司

推荐单位：

国家卫星气象中心

成果简介：

内容与评述：

从1997年（首发星）至2012年间，风云二号卫星一直受到定标不准确问题的困扰，严重影响定量化应用。

星载遥感器采用单温度点单个内黑体定标机构。

国外同类卫星的内黑体定标精度2K左右，且技术细节从不公开。

本成果提出了基于月球辐射校正的内黑体定标（CIBLE）新方法。

其中，在突破非均匀、非同温、非灰体复杂月表辐射建模基础上，选取了红外波段月表均稳辐射定标场，在国际上首创了与温度无关的红外波段月球辐射定标方法，建立了自主知识产权的高精度红外波段在轨绝对辐射基准（不确定度优于0.02K）；在对遥感器主要光学部件在轨辐射变化精确建模基础上，实现了天地一体化辐射基准传递，在国内首次实现了单温度点单个内黑体在轨辐射定标方法。

评审认为：

CIBLE方法从机理上解决了地球同步轨道上仅有单个内黑体的红外遥感器在轨高精度绝对辐射标定难题，实现了风云二号卫星在轨定标技术的重大突破。

2012年7月起，CIBLE方法陆续在风云二号全部在轨卫星中稳定运行，迄今多星累计使用超过10星年、提供红外波段定标结果10.3万余次，运行成功率100%。

检验表明：

主用业务星（G星）红外和水汽波段年均定标偏差为0.4-0.5K（美国第二代静止气象卫星GOES-N设计指标为1K），达到国际先进水平。

2013年12月，《气象科技进展》刊登封面文章，肯定了CIBLE作为先进定标手段对风云气象卫星定标技术发展的重要推动作用；2014年9月，在中国气象学会成立90周年之际，《气象学报》刊文介绍CIBLE方法，并将其列为近10年来风云系列卫星在数据处理方面所取得的三项重要进展之一。

授权专利：

国家发明专利1项，计算机软件著作权2项。

发表论文：

发表学术论文50余篇，其中在国内外重要SCI刊物上发表6篇。

技术指标：

日均最大定标偏差优于1K，年均最大定标偏差优于0.5K。

经济社会效益：

推动科技进步在国际上首创了与月表温度无关的红外波段月球定标方法及自主知识产权的在轨绝对辐射基准，提升了我国在辐射定标领域的国际地位；在国内首次实现了单温度点单个内黑体的辐射定标方法，为遥感器星载定标方案设计提供了新的理论依据；从根本上解决了风云二号遥感数据定量化应用的瓶颈。

服务防灾减灾风云二号数据定标精度的提高，在改进卫星定量产品性能、提高台风及短临天气预报水平、提升区域数值预报能力等方面发挥了非常重要的作用。

云导风和射出长波辐射等产品性能显著提高；2012年以来103个编号台风定强结果与日本MTSAT基本一致；海雾和海上大风预报准确率分别提高5%和3%。

支持生成近十年长时间序列定量产品数据集，有力支撑气候变化研究。

助力产业发展CIBLE定标后的高精度风云二号数据，在我国草原防火、畜牧业生产等领域的多次突发灾害性事件及时预警中发挥了重要作用，为做好防护措施争取了宝贵时间，减少损失上亿元；在有效规划太阳能电站参数、节省投资方面起到重要作用。

二等奖（7项）：

成果

（一）

成果名称：

气候系统中陆地碳氮循环耦合模式的研发应用

主要完成人：

丹利、季劲钧、黄玫、钱拴、毛留喜、冯锦明、

彭静

主要完成单位：

中国科学院大气物理研究所、中国科学院地理科

学与资源研究所、国家气象中心

推荐单位：

中国科学院大气物理研究所

成果简介：

由我国科学家自主设计，在陆面水热交换模式中引入了植被动态生长的过程，提出了具有特色的植被-大气相互作用模式AVIM，是国际上最早实现动态植被过程的陆面模式之一；通过以陆面过程模式AVIM为框架，在物理过程基础上发展了陆地生态系统植被和土壤的碳-氮循环过程模块，将含有碳氮过程的陆面模式与全球和区域气候模式耦合，实现了陆地生态系统和气候的双向相互作用；在全球和区域尺度上对碳循环的气候效应进行了模拟研究，对植被净初级生产力和生态系统净生产力的时空变化在不同的生态系统中进行了大量的研究并通过陆-气耦合模式进行了碳-气相互作用研究，发现全球陆地生态系统碳水循环与气候相互作用强烈的地区在于北半球中高纬度带，这一地区的地气碳-水-气相互作用强度和明显强于全球其他地区。

陆面模式AVIM参加了IGBP组织的国际生态系统模式-数据比较计划EMDI，模拟结果根据全球不同生态类型观测数据的评估，在参评的12个模式中对植被碳通量NPP的模拟性能排在第一位；模式还参与了国际模式比较计划（PILPSC），对碳循环的模拟能力与国际碳循环主流模式处于同一水平；AVIM模式对生态系统土壤碳库的模拟能力在IPCC第5次评估报告所采用的地球系统模式中处于领先水平（Todd-Brown，2013，Biogeosciences），对森林生态系统碳循环的研究成果曾受到《Nature》关注而在NatureChina进行报道和评述。

陆面模式AVIM引入到了中国气象局的国家气候中心和国家气象中心进行应用，前者是作为国家气候中心的气候系统模式BCC-CSM1.1的陆面分量模式参与IPCC的第5次耦合模式比较计划（CMIP5），后者则从2006年开始在国家气象中心作为我国草地监测和评估系统的业务运行模式，2008年11月第一次成功进行模型估算，得出北方6省区年产草量比2007年增3.3%的结论，2009年至2012年上半年形成了月到季节尺度的稳定业务服务能力，解决了国家气象中心长期没有机理模型支持农业生态气象服务业务的难点问题，成为生态气象业务服务的关键技术,每年对北方以及全国草地NPP、产草量进行动态估测，制作发布服务产品，产品以《两办刊物信息》、《重大气象信息专报》上报国务院及有关部委，成为农业部掌握草原生产力动态的主要依据，部分产品得到总理、部长批示，此外产品还下发西藏、内蒙古、新疆、宁夏、甘肃、青海等草地大省气象局，指导省级开展服务，取得了较好的经济与社会效益。

成果

（二）

成果名称：

超大城市群复杂下垫面边界层过程及精细气象预报

关键技术研究

主要完成人：

苗世光、许建明、蒙伟光、房小怡、窦军霞、

郑祚芳、张亦洲

主要完成单位：

中国气象局北京城市气象研究所、长三角环境气象

预报预警中心、中国气象局广州热带海洋气象研究所

推荐单位：

北京市气象局

成果简介：

针对我国城市群快速发展背景下日趋精细的城市气象预报和服务需求，在行业专项和国家自然科学基金等项目的共同支持下，研究建立了城市基础资料集、发展了城市陆面模式、应用于多项精细预报与服务系统中。

主要成果及应用情况包括：

1．建立了我国三大城市群区域的城市基础数据集研究建立了典型城市和城市群土地利用分类流程和下垫面参数提取方法，按照相同的方法建立了京津冀、长三角、珠三角典型城市和城市群下垫面参数数据集，应用于华北、华东、华南三个区域气象中心的业务系统中，较好地满足了实际应用的需求。

基于上海市30m分辨率的下垫面分类数据，建立了上海高分辨率（0.01度）NOX和CO排放清单。

基于植被覆盖和类型反演数据，改进了生物VOCs的计算方案，满足长三角环境气象精细化预报需求。

2．发展了新一代WRF/Urban模式系统，被国内外100多家机构采用针对我国高密度城市地区缺乏观测资料的问题，开展了多站点、多高度的城市地表能量平衡与边界层特征观测，揭示了我国城市地表能量平衡随站点、高度和时间的变化特征。

从城市地区潜热通量模拟方法、建筑物能量模式、近地层风速计算方法、城市冠层形态学参数和物理属性参数优化、人为热影响引入等五个方面，发展了城市陆面模式。

该工作作为新一代WRF/Urban模式系统国际联合研发项目的重要组成部分，已多次加入到公开发布的WRF模式中，被国内外100多家机构采用。

通过WRF模式中现有的主要短波辐射方案和边界层参数化方案的对比试验及检验，优选出最佳方案组合。

3．揭示了我国南方和北方城市边界层扰动及其对降水的影响机理通过风云卫星和风廓线雷达观测分析，结合高分辨率数值模拟研究指出：

城市地区日间对流以水平对流涡旋（HCRs）为主，乡村地区以对流泡（Cells）为主；城市HCRs的波长（间距）与高度之比约为1.5，比自然下垫面上观测到的典型值（2－15）小；增加建筑物高度将使HCRs波长减小，增加人为热源将使HCRs高度增加。

通过北京城区高密度自动站逐时观测数据分析指出，城市下垫面对夏季降水的影响可分为两种类型：

强热岛-城市降水加强型和弱热岛-城市降水分叉型。

数值模拟研究表明：

城市冠层精细模拟对城市地区降水模拟至关重要；城市对降水的影响依赖于城市化程度，城市化初期（1980s）使雷暴合并后减弱，城市化后期（2000s）使对流增强；城市热力影响比动力影响更重要。

针对珠三角城市地表对海风发展及其与城市热岛相互作用对强降水过程影响的研究结果发现，无城市地表影响时海风可更早影响到城市区并到达更北位置，造成降水落区偏北。

受城市地表及热岛影响，边界层中可形成干暖“盖”，对流稳定层通过抑制不稳定能量过早释放，可导致对流发展起来后表现更为激烈并在边界层形成更强的外流。

对流系统在边界层形成的外流与热岛入流一起共同对海风形成的阻挡作用可导致城市区南部降水增强。

4．研究成果应用于三大区域气象中心城市精细预报和全国城市规划气候可行性论证工作中，有效提高了预报效果，推动了我国气象与城市规划的结合下垫面参数数据集、城市陆面模式、短波辐射和边界层参数化方案最佳组合三项成果成功应用于华北、华东、华南三个区域中心的气象和环境气象精细预报业务系统中，有效改善了对近地层气象和环境要素、城市边界层特征的预报效果。

项目发展的城市精细预报系统应用于城市规划气候可行性论证工作中，建立了城市规划气象环境影响多尺度评估技术体系，开展了城市气象与城市规划基础研究，发展了城市气候图系统，有效推动了我国气象在城市规划中应用的开展。

5．研发了基于精细数值预报系统的城市环境气象应急响应系统，应用于国家环境气象应急响应中，发挥了重要作用研发了基于精细数值预报系统的城市环境气象应急响应系统，由城市污染快速预报系统（RAMS/HYPACT）、快速风场诊断与污染扩散模式系统（NJU-IUM）、城市应急扩散模式系统（ADMS-IUM）三个子系统组成，已准业务化稳定运行，可较好地满足城市环境气象应急响应的快速、准确要求。

成果（三）

成果名称：

中国南海台风模式预报系统（TRAMS）的研发与应用

主要完成人：

陈子通、戴光丰、钟水新、万齐林、张艳霞、

黄燕燕、徐道生

主要完成单位：

中国气象局广州热带海洋气象研究所

推荐单位：

广东省气象局

成果简介：

中国南海台风模式是基于GRAPES框架的热带中尺度模式，采用半隐半拉格朗日时间差分方案，经-纬度格点的网格设计，水平方向取Arakawa-C网格，垂直方向采用Charney-Philips垂直分层设置，垂直坐标为高度地形追随坐标。

物理过程包括云微物理显式降水、次网格积云对流参数化、长波辐射、短波辐射、陆面过程、地形重力波拖曳参数化，以及边界层过程。

中国南海台风模式（以下简称南海台风模式），围绕热带数值预报的关键科学问题开展研究，发展适应我国低纬度地区天气气候特点的数值预报物理过程和稠密观测资料的同化技术，不断促进研究成果的业务应用，提高华南区域数值预报的业务水平，支撑现代天气业务。

南海台风模式预报系统发展了若干模式技术和方案改进研究，包括GRAPES模式的三维静力参考大气的方案设计、科氏力修正项的引入、模式物理反馈水物质相关技术方案研究、Gal-chen坐标的改进、模式动力过程与物理过程耦合、多尺度同化技术研发、弱台风初值研究技术、地形重力波拖曳参数化、对流参数化与微物理过程的耦合、强风条件下洋面拖曳系数的敏感性试验等技术内容。

南海台风模式，2014年3月13日正式取得国家版权局计算机软件著作权。

南海台风模式有一套完整的模式前处理、动力框架、物理过程和模式后处理系统，是国家级业务化运行的模式预报系统之一。

近年来已发表的相关学术论文包括了模式预报试验（ChenZitong,ZhangChengzhong,etal.2014,陈子通等,2014,张艳霞等，2015）、物理过程地形参数化（ZhongShuixin,ChenZitong,2015,钟水新，陈子通等,2014）、资料同化（LiHaorui,DingWeiyu,etal.2015,ZhangYan-xia,2014）、模式动力和物理过程（XuDaosheng,2015，徐道生，陈子通等，2014）。

目前，南海台风模式产品每天实时在中文网和英文网发布（中文网：

http:

//www.grapes-

成果（四）

成果名称：

区域模式台风数值预报系统

主要完成人：

麻素红、张进、瞿安祥、孙明华、黄丽萍、谭晓伟、

胡江凯

主要完成单位：

国家气象中心

推荐单位：

国家气象中心

成果简介：

台风强度及风雨预报是台风业务预报的难点。

为了实现数值预报对台风强度及风雨业务预报的技术支撑，2009年开始，国家气象中心基于中尺度模式GRAPES_MESO开发了区域模式台风数值预报系统，并于2012年投入业务运行。

目前区域台风台风数值预报系统的分辨率12km/L50，预报时效120h。

国家气象中心区域模式台风数值预报系统（GRAPES_TYM）是第一个针对台风强度预报研发并业务运行的国家级区域数值预报系统。

为了发展及完善台风路径、强度数值预报业务系统对台风的预报能力，区域模式台风数值预报系统主要针对如下关键技术进行了开发和改进工作：

1）将QMSL（Quasi‐MonotoneSemi‐Lagrangian）水汽平流方案升级为PRM（PiecewiseRationalMethod）水汽平流方案，解决了区域模式台风强度预报不发展问题；2）修改了模式参考大气廓线，由等温大气修改为模式初始状态平均状态，减小了模式扰动场幅度，提高了模式半隐式方案的计算精度；3）根据昀新观测资料及研究成果，发展了速度依赖的模式边界层粗糙度长度以及拖曳系数的计算方案，改进了强台风强度的预报能力以及风压关系；4）基于大尺度谱Nudging技术和非线性平衡模式人造涡旋方案，结合GFDL台风分离技术，开发了适用于台风强度预报的涡旋初始化方案；5）针对预报员对台风强度预报产品的需求，开发了丰富的后处理产品（中心气压、昀大风速、降水、垂置切变、暖心结构等）；6）开发了实时检验系统（包括强度预报误差、路径预报误差以及降水等），以便及时了解GRAPES_TYM对每个台风的预报性能。

从2012年业务化到2015年，区域模式台风数值预报系统的预报水平有了明显的提高：

24h/48h/72h/路经预报误差分别减小22.7%，35.1%和27.4%（2015年24‐72h的平均路径误差为：

75.74km、129.25km、232.22km）；强度预报误差分别减少16.7%，10.2%和0.6%（2015年24‐72h强度预报误差：

6.50m/s、7.34m/s、8.12m/s）；2013年‐2015年平均路径及强度预报统计分析表明：

区域模式台风数值预报系统的台风路径及强度预预报误差均明显小于T639全球模式。

同具有相近水平分辨率的ECMWF全球模式相比，区域模式台风数值预报系统路径预报稍有差距，但强度预报误差（近地面最大风速）则明显小于ECMWF的预报：

2013‐2015年区域模式24h/48h/72h平均强度预报误差分别为：

6.45m/s，7.29m/s，7.75m/s；而ECMWF平均强度误差分别为:

7.27m/s，8.29m/s，8.90m/s，相对减小11.30%，12.1%，12.9%。

区域模式台风数值预报系统不但具有较高的时空分辨率，同时预报时效可长达5天，为预报员开展5天时效的台风强度及降水预报提供了高时空分辨率的参考产品。

同时为预报员进一步开发高分辨率参考产品提供了数据支持。

中国气象局台风与海洋气象预报中心基于区域模式提供的1h时间间隔的地面要素开发了近地面大风预报系列产品、大风破坏力预估产品以及风暴增水预报产品等，在台风强度及风雨预报中发挥了重要的技术支撑作用。

成果（五）

成果名称：

北方果树（苹果、梨、桃、杏、李子）霜冻灾害防御

关键技术研究与应用

主要完成人：

张晓煜、万信、王景红、张磊、李红英、王静、

马国飞

主要完成单位：

宁夏气象科学研究所、西北区域气候中心、

陕西省经济作物气象服务台

推荐单位：

宁