■ 符史旺 馬鳳娓

三亞國(guó)家氣候觀象臺(tái)的立項(xiàng)建設(shè)對(duì)南海和太平洋熱帶氣旋、南海秋季暴雨、海島雷電等災(zāi)害性天氣有很好的監(jiān)測(cè)預(yù)警作用，對(duì)改進(jìn)我國(guó)南海地區(qū)天氣、氣候模式和邊界層、云物理過(guò)程參數(shù)化方案等起著重要性作用。

三亞國(guó)家氣候觀象臺(tái)（下稱三亞觀象臺(tái)）位于三亞市東南方的六道嶺，距市區(qū)直線距離約10 km，由5個(gè)觀測(cè)區(qū)組成，最高觀測(cè)區(qū)（即地面觀測(cè)場(chǎng)）海拔高度為419.4 m。六道嶺為二級(jí)林業(yè)保護(hù)區(qū)，由灌木林和人工種植的桉樹(shù)覆蓋，周邊地形從海洋到山地過(guò)渡，是觀測(cè)大氣基本氣候變量以及高影響天氣變量的理想?yún)^(qū)域。

1 現(xiàn)有基礎(chǔ)觀測(cè)業(yè)務(wù)

三亞氣象觀測(cè)可追溯到20世紀(jì)50年代初，三亞觀測(cè)站原名為廣東省崖縣氣象站，站址位于三亞鎮(zhèn)港門村，當(dāng)時(shí)承擔(dān)國(guó)家一般氣候觀測(cè)站任務(wù)，隸屬崖縣農(nóng)業(yè)部。2008年1月1日建成六道嶺觀測(cè)站，新舊觀測(cè)站地面觀測(cè)業(yè)務(wù)在實(shí)施一年時(shí)間的對(duì)比觀測(cè)后，氣象觀測(cè)業(yè)務(wù)遷移至現(xiàn)址，觀測(cè)場(chǎng)海拔高度419.4 m。在歷年變遷中具體開(kāi)展的觀測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表1，包括地面、高空、酸雨、雷電、紫外線、大氣成分、GNSS/MET水汽、新一代天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、衛(wèi)星接收等10余類。

2 拓展觀測(cè)系統(tǒng)

南海地區(qū)海氣相互作用，直接影響我國(guó)的旱澇分布；影響西太平洋的臺(tái)風(fēng)活動(dòng)，甚至能夠調(diào)控全球氣候變化。南海區(qū)域熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）、強(qiáng)對(duì)流、海上大風(fēng)和海霧等災(zāi)害性天氣頻發(fā)重發(fā)多發(fā)，開(kāi)展南海熱帶海洋氣候觀測(cè)與研究、增強(qiáng)南海氣象服務(wù)能力，對(duì)于保障國(guó)家領(lǐng)土安全、維護(hù)海洋權(quán)益、提高防災(zāi)減災(zāi)能力、保障人民福祉安康、促進(jìn)海南全面深化改革開(kāi)放具有極其重要的戰(zhàn)略意義。三亞觀象臺(tái)三面環(huán)山，南面臨海，向南7.5 km為海南島最南端——錦母角。山地和近海的特殊地理位置對(duì)研究海南島復(fù)雜下墊面的動(dòng)力和熱力學(xué)特性具有獨(dú)特的意義。海南省氣象局在三亞觀象臺(tái)建設(shè)方面作了分階段建設(shè)的部署。第一階段主要開(kāi)展熱帶海洋氣象觀測(cè)能力建設(shè)，計(jì)劃在現(xiàn)有觀測(cè)項(xiàng)目布局的基礎(chǔ)上新建100 m海氣通量觀測(cè)塔、飛沫觀測(cè)儀、超聲觀測(cè)陣列、多通道地基微波輻射計(jì)、溫濕廓線激光雷達(dá)、激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)、毫米波測(cè)云儀等觀測(cè)項(xiàng)目。第二階段將開(kāi)展生態(tài)氣象觀測(cè)能力建設(shè)，包括近海生態(tài)氣象觀測(cè)、山地生態(tài)觀測(cè)和生態(tài)梯度觀測(cè)。

2.1 第一階段

1）100 m海氣通量觀測(cè)塔

在六道嶺臨海岸邊，建設(shè)3座100 m海洋大氣邊界層通量觀測(cè)塔。海氣通量觀測(cè)塔可由湍流測(cè)量單元和梯度測(cè)量單元組成，設(shè)計(jì)測(cè)量1～3層湍流動(dòng)量、熱量和物質(zhì)通量測(cè)量單元，7～10層的溫濕風(fēng)平均量梯度測(cè)量單元，輔以1～2層輻射等變量。

2）飛沫觀測(cè)儀

分三層布設(shè)，提供不同層次高度上海洋飛沫的向上通量。每一層有兩個(gè)量程段的飛沫通量?jī)x以及一臺(tái)飛沫滴譜儀構(gòu)成。

3）超聲觀測(cè)陣列

建設(shè)多臺(tái)超聲風(fēng)速儀和開(kāi)路式紅外H2O/CO2分析儀組成的超聲陣列，對(duì)邊界層中湍流的精細(xì)結(jié)構(gòu)、湍流被動(dòng)標(biāo)量和超大尺度渦結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度的觀測(cè)比對(duì)，獲得大氣湍流中能量級(jí)串、間歇性、相干結(jié)構(gòu)、通量輸送的深入理解，并監(jiān)測(cè)臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)的演變。

4）多通道地基微波輻射計(jì)

建設(shè)1套多通道地基微波輻射計(jì)，開(kāi)展對(duì)流層水汽監(jiān)測(cè)，對(duì)臺(tái)風(fēng)和強(qiáng)對(duì)流天氣的水汽分布和演變特征有更連續(xù)和精細(xì)的揭示。微波輻射計(jì)同時(shí)也可與三亞L波段高空站的常規(guī)高空探測(cè)形成對(duì)比觀測(cè)。

表1 三亞觀象臺(tái)現(xiàn)有綜合氣象觀測(cè)項(xiàng)目

5）溫濕廓線激光雷達(dá)

建設(shè)1套溫濕廓線激光雷達(dá)，可以得到云底高度、消光系數(shù)、能見(jiàn)度、溫度和水汽廓線、光學(xué)厚度和后向散射等大氣特征，尤其能對(duì)水汽的來(lái)源進(jìn)行解析；這些數(shù)據(jù)不僅可以為臺(tái)風(fēng)的云-大氣-地表過(guò)程的特征及機(jī)理研究提供很好的基礎(chǔ)，還可以細(xì)致的刻畫大氣溫濕垂直廓線特征，并可與探空及微波輻射計(jì)等儀器開(kāi)展協(xié)同比對(duì)觀測(cè)，補(bǔ)充常規(guī)高空探測(cè)業(yè)務(wù)的不足。

6）激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)

建設(shè)1套激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)。激光測(cè)風(fēng)雷達(dá)可獲得6 km以下多層風(fēng)向風(fēng)速，并可與海南已建成的邊界層風(fēng)廓線雷達(dá)觀測(cè)網(wǎng)相結(jié)合，用于對(duì)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行邊界層風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)立體觀測(cè)，同時(shí)可開(kāi)展結(jié)合探空等手段矯正風(fēng)雨條件下激光遙感觀測(cè)準(zhǔn)確性等研究。

7）毫米波測(cè)云儀

建設(shè)1套毫米波測(cè)云儀。臺(tái)風(fēng)的云微物理過(guò)程與臺(tái)風(fēng)精細(xì)結(jié)構(gòu)演變有著緊密聯(lián)系，已經(jīng)成為國(guó)際熱帶氣旋研究最為關(guān)注的新領(lǐng)域之一。毫米波測(cè)云儀可以測(cè)得垂直消光系數(shù)，云底高度等要素，可為臺(tái)風(fēng)云物理過(guò)程的研究提供基礎(chǔ)觀測(cè)資料。

2.2 第二階段

1）近海生態(tài)氣象觀測(cè)

近海生態(tài)承受人類活動(dòng)和海洋氣候變化等諸多因素影響，是海洋中最敏感、最受關(guān)注的區(qū)域。近年來(lái)近海生態(tài)出現(xiàn)顯著變化，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能退化，危及近海生態(tài)安全，尤其是陸源污染、氣候變化、過(guò)度捕撈、無(wú)序養(yǎng)殖等多種威脅因素仍在不斷增加。海南省政府非常重視生態(tài)保護(hù)工作，在三亞觀象臺(tái)建設(shè)近海生態(tài)氣象觀測(cè)系統(tǒng)可以直接為南海海洋生態(tài)文明建設(shè)和海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。近海生態(tài)氣象觀測(cè)的項(xiàng)目可包括大氣成分觀測(cè)、水體觀測(cè)等生態(tài)要素的立體綜合監(jiān)測(cè)。大氣成分觀測(cè)可按照中國(guó)氣象局大氣成分站的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，開(kāi)展部分溫室氣體、氣溶膠、反應(yīng)性氣體的觀測(cè)項(xiàng)目，結(jié)合三亞自1992年連續(xù)開(kāi)展的輻射一級(jí)站觀測(cè)數(shù)據(jù)，為研究低緯度大氣成分變化對(duì)天氣、氣候以及人體健康的影響提供基礎(chǔ)性資料。水體觀測(cè)針對(duì)海南輸入性污染源的研究，可探索對(duì)地表水、地下水、水源水，尤其南海近海海水的觀測(cè)。

2）山地生態(tài)氣象觀測(cè)

海南島為典型的中間高四周低的島嶼地形，由海平面至五指山1868 m高度的特有地形。在三亞觀象臺(tái)可以建立山地生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)，研究山地生態(tài)與山地科學(xué)、人文環(huán)境的密切關(guān)系，研究山地特有的氣象條件對(duì)山地生態(tài)環(huán)境和人類社會(huì)的影響。山地氣象觀測(cè)系統(tǒng)包括32 m梯度觀測(cè)系統(tǒng)、渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)、土壤參數(shù)觀測(cè)系統(tǒng)等。

32 m梯度觀測(cè)系統(tǒng)。梯度觀測(cè)，旨在準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)大氣溫度特征，加強(qiáng)對(duì)物質(zhì)或水分循環(huán)的認(rèn)識(shí)。三亞觀象臺(tái)計(jì)劃建設(shè)3座100 m海洋大氣邊界層通量觀測(cè)塔，32 m梯度觀測(cè)系統(tǒng)的投資小、成效快，可搭載五層觀測(cè)設(shè)備，較快啟動(dòng)對(duì)能量平衡及物質(zhì)能量傳輸方面的研究。

渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，采用渦動(dòng)協(xié)方差原理，是一種微氣象學(xué)的測(cè)量方法，利用快速響應(yīng)的傳感器來(lái)測(cè)量大氣-下墊面間的物質(zhì)交換和能量交換。三亞年平均降水量?jī)H1392.2 mm，年平均蒸發(fā)量2360.7 mm，城市供水、作物用水大部分來(lái)自水庫(kù)蓄水，并由政府對(duì)水庫(kù)水資源的科學(xué)調(diào)度才能應(yīng)對(duì)。所以，引入渦動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)于研究三亞及周邊市縣的旱災(zāi)及對(duì)水資源高效利用的需求、作物需水量規(guī)律的重要性、作物生育期各個(gè)階段的需水量及需水強(qiáng)度等問(wèn)題具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。

三亞“南繁”承擔(dān)全國(guó)29個(gè)省、30多個(gè)農(nóng)作物品種科研育種工作，三亞農(nóng)業(yè)種植和南繁育種基地對(duì)土壤觀測(cè)資料的需求高，可以在海南農(nóng)業(yè)氣象南濱試驗(yàn)站已設(shè)立一個(gè)土壤水分觀測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，新增一個(gè)土壤參數(shù)觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)數(shù)據(jù)用于農(nóng)業(yè)研究、灌溉管理、土壤能量、水分涵養(yǎng)等。

3 參加科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)

3.1 華南季風(fēng)強(qiáng)降水外場(chǎng)試驗(yàn)

由中國(guó)氣象局組織，中國(guó)氣象科學(xué)研究院牽頭實(shí)施的世界氣象組織世界天氣研究計(jì)劃研究發(fā)展項(xiàng)目“華南季風(fēng)降水試驗(yàn)”，于2014—2016年每年5—6月在華南區(qū)域進(jìn)行華南季風(fēng)強(qiáng)降水外場(chǎng)試驗(yàn)加密觀測(cè)。在三亞觀象臺(tái)每日增加02時(shí)和14時(shí)的加密觀測(cè)，加密探空觀測(cè)資料包含了從近地面到約10 hPa的氣象要素（氣壓、溫度、露點(diǎn)溫度、風(fēng)向、風(fēng)速、距地高度）垂直分布，實(shí)時(shí)上傳到中國(guó)氣象局業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于華南季風(fēng)強(qiáng)降水外場(chǎng)試驗(yàn)。

3.2 高分三號(hào)海南外場(chǎng)氣象試驗(yàn)

根據(jù)國(guó)家氣象衛(wèi)星中心高分三號(hào)衛(wèi)星外場(chǎng)氣象試驗(yàn)的工作安排，于2016年11月11—30日在三亞觀象臺(tái)開(kāi)展高分三號(hào)衛(wèi)星星地同步聯(lián)合降水試驗(yàn)。

3.3 第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)

作為外場(chǎng)試驗(yàn)之一，2016年三亞觀象臺(tái)承擔(dān)了中國(guó)氣象局組織的第三次青藏高原大氣科學(xué)試驗(yàn)，通過(guò)加密探空觀測(cè)，獲取大量原始數(shù)據(jù)，推進(jìn)了相關(guān)研究。

3.4 新型探空儀試驗(yàn)

2017—2018年中國(guó)科學(xué)院安光所大氣光學(xué)中心在三亞觀象臺(tái)實(shí)施新型探空儀試驗(yàn)。通過(guò)裝備性能、環(huán)境適應(yīng)性、材料腐蝕狀況等外場(chǎng)測(cè)試，為裝備定型提供測(cè)試、評(píng)估數(shù)據(jù)。

3.5 水汽和降水穩(wěn)定同位素影響試驗(yàn)

南京大學(xué)分別選擇南京大學(xué)地球系統(tǒng)區(qū)域過(guò)程綜合觀測(cè)試驗(yàn)基地（SORPES）、云南瑞麗、海南三亞六道嶺、福建羅源等四個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，在2018年5月—2020年9月開(kāi)展了24 h持續(xù)采集大氣水汽及降水同位素樣品，后交由南京大學(xué)海岸與海島開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水穩(wěn)定同位素測(cè)試分析。其中瑞麗、三亞及羅源分別代表東亞季風(fēng)區(qū)夏季上游三條水汽輸送通道（西南通道、南海通道和東南通道），而下游南京地區(qū)大氣水汽及降水同位素則受此三條水汽通道輸送過(guò)程的共同影響。通過(guò)試驗(yàn)采集原始數(shù)據(jù)，研究水汽來(lái)源及其輸送過(guò)程對(duì)季風(fēng)區(qū)大氣水汽及降水穩(wěn)定同位素的影響。

深入閱讀

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蘇濤, 苗峻峰, 蔡親波, 2016．海南島海風(fēng)雷暴結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬．地球物理學(xué)報(bào), 59(1): 59-78.

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謝韶, 呂衛(wèi)華, 謝開(kāi)川, 2008. 氣候環(huán)境變化對(duì)電白日照時(shí)數(shù)的影響. 廣東氣象, 30(6): 40-42.

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