大气边界层高时空垂直廓线观测
是气象综合观测领域的关键难题
构建高分辨率边界层垂直观测系统
能更好助力城市中小尺度强对流天气
短时临近预报预警
众所周知，水汽须借助气溶胶颗粒物才能成云致雨。气溶胶排放的增加会导致降水发生的不对称性，一方面会使强降水增加，另一方面也会使毛毛雨减少。随着我国经济的快速发展，城市化进程明显加速，与此同时气溶胶排放增强、城市地面粗糙度改变，进而形成明显的城市“热岛效应”，直至出现城市“雨岛效应”，增加城市内涝风险。
城市边界层-云之间的复杂相互作用可能导致现有边界层和积云参数化方案难以实现城市区域对流天气的准确预报，进而影响短时临近降水预报的准确率。研究显示，地面触发的中小尺度对流系统是城市强降水的重要“制造者”之一，而中小尺度对流系统的触发多发生在距离地面1千米至2千米以内的大气边界层内。
因此，开展大气的温、湿、风、水凝物和气溶胶等要素的垂直廓线观测，获取大气边界层内热动力状态及演变过程已成为城市强降水监测预警的重要前提，也是研究城市上空对流云和降水触发和演变规律的“牛鼻子”。
截至目前，无论是国内还是国际都缺乏降水之前从晴空到成云阶段连续的大气边界层热动力垂直廓线观测，这也是气象综合探测领域的一个关键难题。
近年来，随着天基、地基和空基观测网络的不断完善，可较好地反演大气温度、湿度等要素的垂直廓线信息。但是，由于现有的大气垂直廓线观测存在时空分辨率不足的问题，尤其是云下边界层热动力垂直观测严重不足，导致现有观测系统难以实现对流系统的全生命周期观测，形成了现有气象业务观测系统“大网捞小鱼”的窘境。
另一方面，天气雷达观测系统仅能观测到致雨的云系，难以刻画从晴空到成云阶段的大气热动力垂直廓线演变。因此，亟须在大气垂直观测条件良好的城市区域构建大气边界层温、湿、风、水凝物和气溶胶等要素的垂直廓线融合高时空分辨率观测系统，以更好地支撑短时临近预报。
近年来，针对大气边界层垂直廓线观测不足的问题，气象部门已经开始以我国典型大城市气象保障为出发点，积极开展不同天气强迫条件下大气边界层精细结构及其演变机制、边界层与对流系统相互作用等科研攻关。
专家表示，利用我国现有观测系统和气象监测预警补短板工程项目成果，构建城市区域金字塔形（5部风廓线雷达形成8个三角形）低层大气垂直观测网，开展从大气边界层到自由大气层大气廓线的立体化融合观测，实现对晴空-成云-致雨全生命过程的无缝隙观测，推进集合预报模式指导下国省市县四级观测指挥体系建设和快速循环更新资料同化系统研发，开展天气适应性观测试验，以破解现有气象垂直观测系统中观测不足、“大网捞小鱼”的痛点问题。同时，还要加强对流前期信号研究，开发时空连续的大气边界层热动力廓线产品，助力我国地球系统一体化模式中大气边界层和积云等参数化方案的跨越发展，进一步提升中尺度对流天气预报预警水平。