新疆的气象创新--新疆气象手册（59）第3篇第13章1-3节

 2020 04 15

《新疆气象手册》一书（2006，气象出版社）的序，前言 ，提要 ：http://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1208089.html  

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第13章 新疆气象创新

“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力”。一部人类社会发展史就是人类永不竭止的创新史。新疆地处祖国西北边陲，是中国最大的省（区）和有待开发的宝地。其气象事业有特殊性，开拓新疆气象事业尤其需要创新精神。

中华人民共和国成立后，新疆气象事业几乎是从无到有、从小到大，从大走强。其蓬勃发展是新疆“老中青三代”气象人满怀豪情、艰苦奋斗、顽强拼搏、开拓创新的辉煌业绩；新疆气象科技从不知到有知，从落后到先进，从低级到高级，从旧的到新的，这是新疆广大气象科技人员不断发现、不断发明、不断创造、不断前进的智慧结晶。

本章追记一些涉及新疆气象创新与发现的史实，以说明“创新与发现”不是空口号，在过去，它原本就是新疆气象进步史的重要部分。而今天我们借鉴这些经验，把“创新与发现”推向新境界。

如何具体选材是写好本章的难点。我们是想尽量挑选具有新意，包含发现、发明、创造、填补空白等含义的内容，而且通过实践证明，它确实促进了气象科技进步（不仅对新疆）、新疆气象事业发展；至少在全国气象部门和新疆维吾尔自治区的其它行业有较大影响。

由于时间仓促、历史认识不全面等因素的影响，在选材方面的疏漏、偏差几乎难免。在具体记述时如何把握个人的作用比较妥当，也是本章的难点。确实一些“工程”、项目、课题的实施和研究，其群体性特征特别显著，“人物”，通常只是这个群体的代表。这方面的疏漏、偏差也是难免，诚望读者补充。

1 填补中国气象探测网建设的空白

1．1 历史的回顾

1893年，俄国人在鄯善县鲁克沁建立的测候所，开始了新疆现代的气象观测活动。1907年迪化测候所的气温等资料，是新疆最早的现代气象记录。到了1914年，在迪化东门外农林试验场建立的气象站，成为中国人自己在新疆建立的第一个气象站。到1949年底，新疆有迪化、塔城、天池、和田4个测候所。

新疆自治区气象局第一任局长苏占树（1922.7-2000.5），他长时期地率领一大批“新疆气象人”艰苦奋斗、顽强拼搏、开拓创新，为新疆气象事业蓬勃发展奠定了坚实基础。（区气象局老干办提供）

1949年随着中华人民共和国的建立，气象，第一次作为一项事业，走进了新疆的编年史。1950年1月，喀什军航气象站—共和国成立后新疆的第一个气象站宣告成立。从此以后，老红军、老八路和新战士，内地的莘莘气象学子，新疆的各民族兄弟纷至沓来，以气象的名义把人生的坐标定位于人迹罕至的风口、高山、荒漠。在新疆第一任气象局长苏占澍的率领下，他们身背气象仪器，徒步穿戈壁走沙漠，搭帐蓬睡马厩，建起了一个又一个气象站，在难以想象的生存环境中安营扎寨，开垦出气象事业的绿洲。到1960年，气象台站曾一度发展到169个，由此形成了全新疆的气象测站网。国家基本站（含气候基准站）、天气发报站、探空站数在全国均为最多，新疆成为我国气象探测业务量最重的省区。

1．2 气象探测系统的发展

新疆是我国重要的上游天气地区，是冷空气由西方路径入侵我国必经之地。因此，新疆的气象观测资料对全国很多省区的天气预报、灾害性天气预警、气象服务乃至国际气象情报资料交换都有重大影响。按照中国气象局的总体部署及对全疆站网的布局，提高综合观测的精度和密度，进一步加强综合观测体系建设，是气象业务体制改革中十分重要的基础性工作。

经过五十多年的建设，目前新疆气象部门已经拥有100多处气象测站，它们分布在沙漠、绿洲、戈壁、高山等不同的自然区域内，开展地面测报、雷达测风、经纬仪小球测风、农（牧）业气象试验、农（牧）业气象观测、天气雷达、辐射、酸雨、沙尘暴等监测项目。探测手段主要有人工观测、自动气象站、L波段测风雷达、701系列测风雷达、CINRAD/CC天气雷达、711数字化天气雷达等。与此同时，全新的气象探测站网正在形成，全疆完成了96个台站的自动站建设；塔中等4个站点布设了全自动沙尘暴监测预警系统，能够全天候连续采集能见度、近地面气象要素等重要数据；全疆16个自动土壤水分监测站的实时数据已开始为新疆的经济建设服务；遍布天山南北的5部新一代天气雷达监测数据已实现网上共享，另有2部新一代天气雷达正在抓紧建设；EOS/MODIS接收系统、微型无人驾驶气象探测飞机、中规模利用站、DVBS系统等开始进入日常监测业务。

2006年新疆生产建设兵团系统40个自动气象站的实时数据和1部新一代天气雷达数据，成功地汇入了新疆气象局实时数据库系统，实现了行业气象数据的社会共享。区域内共有行业气象台站275个，其中由新疆气象局直接管理和维护的有近80个。

围绕着新疆经济建设的大局，新疆气象局积极拓展监测项目，陆续开展了冬季雪密度观测、大气边界层气象要素梯度观测、紫外线辐射观测、棉花生产系列观测、沙尘暴监测、沙漠风沙移动观测等新型监测业务。新疆气象局自主研制了一系列管理软件，使各级管理部门通过网络监控系统实时监控台站的探测系统运行、实时数据传输、仪器设备运行等基本情况，显著地提高了新疆综合探测业务监控能力。

（潘继鹏）

2 影响深远的《新疆气候及其与农业的关系》

1963年科学出版社出版了陈汉耀、丘宝剑、左大康、范治源、何章起合著的《新疆气候及其与农业的关系》一书，它在新疆气象科技领域有重要价值。

2．1 成书背景

1950年以前新疆的气象资料很稀少，对新疆气象难以进行全面、准确的概括。20世纪50年代开始建立了遍布新疆各地的地面气象站网和高空站网（山区资料比较少），在广大气象观测人员和气候统计人员的艰苦努力下，有了第一批在地域上覆盖全新疆，在时间上有了连续5年（1954～1958）的气象资料。这些资料为科学描绘新疆气候提供了基础素材。

上世纪50年代新疆建立了气象台，它开展气象预告业务的技术基础是欧洲–中亚–新疆这些连续地域上的气压系统的连续演变被集中到了统一的地理底图上，使预告员了解欧亚大陆上的天气系统的连续演变。50～60年代天气预报员在新疆积累了第一批天气演变和天气预告的实际经验。

这些丰富的新疆气候和天气素材和经验需要用现代气象学理论来概括，本书就是其历史性的代表作。

2．2 填补了多项空白

⑴ 第一次分析了新疆的太阳辐射（太阳能），指出南疆浮尘、沙尘严重影响了太阳直接辐射，使散射辐射占到太阳总辐射的40%以上。它计算了新疆的辐射平衡和热量平衡。分析了四季新疆高空和地面的大气环流特点、天山对气候的作用、冷高压中心的移动路径、冷空气入侵路径。

⑵ 揭露了新疆的温度分布特点（如冬季准噶尔盆地的稳定、强大的逆温层的存在，山体对它的影响）。它分析了新疆霜期、积温、冻土深度、积雪、大风、寒害、大气干旱、干旱风、冰雹等很多项目的独特点。

⑶ 揭露了新疆四季的降水分布，尤其是揭露了山区降水量比盆地大很多、中山部位的降水比低层大也比高山大（中山区为最大降水带）这些十分重要事实。计算了新疆的空中水汽含量、通量，给出的新疆年降水量为2400×10⁸t的数据（对应年降水150mm）对正确认识新疆河水来源有重要意义。它完成的新疆的水分循环和水分平衡的定量分析还涵盖了冰川、河水、地下水，说明新疆不存在冰川消融完了水源枯竭问题。

⑷ 给出了新疆自己的四季划分的标准是5天平均温度稳定越过0℃，20℃。第一次开展了新疆的农业气候区划，这包括适合新疆的气候指标的选取、分区的实际成果，也包括粮食作物（小麦、玉米、水稻、高粱）、经济作物（棉花、油料、甜菜）和果树的专门气候区划。

数十年以来的天气、气候实际和农业实践证实，该书的很多基本认识符合客观实际。

（张学文）

3．新疆天气预报技术发展的重要里程碑

《新疆大型天气过程若干问题的研究》（1958～1963年新疆天气预报改革成果汇编）（习惯简称“绿皮书”）的出版，是新疆天气预报技术发展进入一个新的历史时期的重要里程碑。1978年，它获得全国科学大会优秀成果奖。

3．1 简要回顾

由于新疆建立气象台晚（1956年），天气预报业务的技术基础十分薄弱。1958年，中央气象局（现中国气象局）提出天气预报技术改革的明确要求和部署，而就在这一年，陈汉耀工程师来到新疆气象局（20年里唯一的工程师）。他依据在中央气象台数年工作的经验，提出扩大（天气）图面、增加图次、整理基本气候资料；引入大气环流、大气长波、天气系统、天气过程等现代天气学概念；鼓励预报员学习天气动力学基本理论和最新著作，特别提出预报员要系统地总结预报经验，要搞科研。这些建议意见实施后，产生明显效果。

1960年冬，中央气象局召开省（区、市）级气象台预报技术改革成果—“四川方法”技术推广会，王为德是新疆出席会议的预报员。1961～1963年，新疆大（自治区）、中（地、州、市）、小（县）三级气象台、站的预报技术改革全面展开，并取得了丰硕成果。预报改革的技术负责人是陈汉耀、王为德。参加者是新疆全体预报员及其他相关人员。1963年底，预报改革成果汇编成新疆第一本天气学专著—《新疆大型天气过程若干问题的研究》（内部出版）。责任编辑是吴思理。

3．2 《研究》的主要特点

3．2．1 开展了预备性和相关性的科研

1958～1963年，新疆维吾尔自治区气象台天气预报技术改革预备性研究和相关性研究的主要成果有：张学文等，“变高的保守性”、“综合周期”、“新疆四季的划分和四季气候特点”、“对流层中下层欧亚环流图集”等；王为德等，“副热带急流对流层中低层气流的分支现象”；吴思理等，“乌鲁木齐东南大风”；孙璇等，“58.8.13”低涡暴雨洪水、新疆寒潮天气过程若干个例分析（手稿）；张家宝执笔，“论新疆大型天气过程的基本特征”、“论环流分型及其改进”等。

3．2．2 揭示了天气演变规律的一般性和特殊性

所谓天气演变规律的一般性是指撇开地区特点的一般天气学、动力气象学、气候学所概述出来的天气变化的基本原理。所谓特殊性，具有两方面的含义：一是指一般规律在不同地区具有不同特点；一是指在制作不同地区的预报时，应该考虑到特有的地理地形条件的直接作用。新疆应用的一般规律有：

高空急流（行星高空锋区）和大气长波的概念；

关于上游效应和长波移动的理论；

有关气压变化流体力学理论的定性结论；

自然天气周期的概念；

不同尺度的地形对天气和天气形势变化的影响；

有关天气气候的统计规律。

3．2．3 总结了新疆大型天气过程演变的若干基本特征

欧亚环流形势分为阻塞型(E型)、经向型（C型）、纬向型（W型）和两支锋区型（I型），各型下还分有若干副型。为了更好地掌握环流形势演变，提出了“主导系统”概念，它是指直接操纵和左右影响系统入侵的、尺度较大的环流系统。主导系统及其演变大致分为4类：欧州高压（脊）衰退；里海长脊；乌拉尔或西西伯利亚脊发展西退；长波槽脊稳定。

重要影响系统有：西西伯利亚低槽；乌拉尔大槽；北方横槽；中亚低值系统；新疆高压脊。

在以上分型、分类基础上，归纳出15个大型过程模式。着重指出，新疆大范围灾害性天气的发生、发展都伴随着对流层大气长波调整造成的一次大型天气过程。

3．2．4 展示了天气图预报方法的潜力

大型天气过程研究的成果，在1961～1963年短期预报中取得明显效果，寒潮预报能够做到列举出成功的“精彩”个例，发布“冷空气入侵预报”和“警报”等“戴帽子”天气预报的时效延长。20世纪60年代初，中国数值天气预报还处于科研实验阶段，以天气动力学为基础的天气图预报方法在新疆展现出生机活力和进一步开发应用的潜力。1963年，新疆成立全国省（区、市）气象部门第一个中期天气预报室，并每日绘制北半球地面、500hpa、100hpa和30hpa天气图以及每日500hpa的谐波分析、西风指数计算，绘制长波连续演变图等，建立起中期预报需要的相应的图表、工具和方法。1964年，叶笃正、陶诗言先生分别派了他们的研究生张可苏、丁一汇（现中国工程院院士）来新疆气象台实习一年，撰写论文。

1964年，新疆对天气系统研究开始进行物理量计算。同年8月，新疆大型天气过程研究成果在全国天气动力学术会议上进行了大会交流，获得中央气象局领导、气象界的前辈和代表们的一致好评。1986年，由新疆人民出版社出版的《新疆短期天气预报指导手册》（主编：张家宝）是“绿皮书”的继承和发展。

1987年《新疆降水概论》（张家宝、邓子风编著，气象出版社）一书是新疆（特别是南疆大降水）研究成果的汇集。它指出了新疆大降水的一系列新事实、新现象，提出新疆暴雨问题的特殊性等若干新观点（见第2篇第1章）。（张家宝）

4 新疆主持全国的“寒潮中期预报理论和方法研究”

“寒潮中期预报理论和方法研究”是国家气象局所立重点研究项目。项目由新疆气象局主持，参加单位包括我国北方各省区（市）气象局、中央气象台、气科院、中科院大气所、北京大学等研究单位以及南方有关省区气象局。按1980年为界划分，该项研究工作可分为前后两个阶段。前一阶段着重揭示和分析寒潮中期过程的基本事实，后一阶段着重于寒潮中期物理过程研究、预报方法制定和成果的应用推广。

4．1天气事实与特征

采用天气学方法，揭示了寒潮中期过程的演变事实，并用统计方法概括得出共同特征。首先，依据当时中央气象台寒潮标准规定，定义和划分全国性寒潮。并将全国性寒潮中期过程大致分为两大类：即倒Ω流型类和极涡偏心类。且前一类约占全国性寒潮70～80%。并对倒Ω流型类寒潮中期过程，按其阶段性演变特征划分为三个阶段：即初始阶段、酝酿阶段、爆发阶段。

4．2 寒潮中期过程能量学研究

应用波数域能量方程，对所选取的若干寒潮典型个例，开展了波数域能量学的诊断研究，并将寒潮中期过程与行星尺度系统的演变结合起来深入分析。得出了用波数域能量参数来描述寒潮中期过程三个阶段的主要特征，从而得知各个阶段之间的联系，是由一定的物理过程来实现的。

4．3 寒潮中期预报方法制作

根据以上物理机制的研究和预报试验，并结合部分省区有一定特色的寒潮预报方法与中期预报业务基础以及其它研究成果，经归纳综合，提供了一种可在十多天之前预报寒潮的方案。这种方案由三种方法组成：物理统计法、天气统计法和数值预报产品释用法。

4．4 大气环流中期变化基础研究和中期数值预报试验

这两部分基础研究主要有：指数循环和中期周期变化的机制；极地系统和阻塞高压的维持和崩溃；行星波的维持机制；大气环流季节变化的正压特征等。主要结果有：

大气环流存在准两周的周期变化，具有倾斜槽谐振的性质。指数循环和大气环流周期变化，既可以由大气内部的能量调整来实现，也可以由外界强迫作用来实现。经向环流的发展主要是靠斜压转换，而纬向环流的恢复主要是靠正压转换。非绝热加热和绝热作用之间的不平衡，通过非线性反馈作用可以实现指数循环。南北加热与南北感热输送之间的平衡与破坏也可以实现指数循环。非线性波与波相互作用在大气环流中期变化中起着重要作用，这是人们认识中期变化必不可少的一部分。

项目研究，撰写论文共计约200余篇，汇编出版论文集3部，其中内部出版《北方中期天气预报研究文集》一部，公开出版《全国寒潮中期预报文集》两部。另编译出版了《中期天气过程动力分析方法译文集》。

项目成果获1985年度国家科技进步三等奖。该项目新疆的主要完成者是王为德（获奖排名第二）、徐羹慧（获奖排名第四）、董官臣（获奖排名第七）

4．5 成果推广应用

寒潮中期预报方案和制作方法，各省区级气象台及业务部门结合各自的实际和特点，得到了广泛的推广和应用。

新疆维吾尔自治区气象台中期预报室（主任：潘潄六；副主任：蔡承侠）在成果推广应用的业务实践中，首先，将项目组在国家五机部SIEMENS–7760大型机上波数域能量方程组诸多能量参数的计算和诊断程序移植到新疆计委IBM–4331计算机上，利用KWBC五层客观分析高度场资料逐日计算波数域能量方程组中的各项参数，之后又将其移植到IBM–PC机上。其次，建立了较完备的各种分析和预报图表工具，再之，经试验初步建立了以数值预报为基础的天气-动力-统计相结合的客观预报系统。并特别突出如下三个方面：应用物理–统计方法与长期气候背景趋势相结合；天气–统计方法与自然天气周期演变相结合；中期数值预报产品释用方法与新疆大型天气过程概念模型相结合。展现了新疆的优势和特点。

（蔡承侠）