青藏高原热源与天气系统影响灾害性天气的研究进展

李跃清

（中国气象局成都高原气象研究所/高原与盆地暴雨旱涝灾害四川省重点实验室, 成都 610072）

引言

长期以来，国内外关于青藏高原（简称高原）对我国灾害性天气气候的影响开展了许多有意义的科学研究与观测试验，揭示了高原巨大地形、抬高热源、交换通道、大气湿池、对流中心等主要特征及其特殊影响，取得了一系列有影响的重大成果[1−3]。如高原上空对流层与平流层相互作用通道[4]、高原“感热气泵”理论[5−6]、高原侧边界热力影响[7]、高原大地形水汽输送“转运站”作用[8]、高原对流云团影响下游暴雨洪水机制[9]、高原东侧陡峭地形区边界层暴雨强信号[10]等。但是，由于青藏高原地区大气观测站网稀少，综合观测能力薄弱，其精细化、定量化的分析研究非常困难，在全球气候变暖下，高原引发的极端天气气候事件又呈现出多发、突发、加剧等变化趋势。因此，基于现实的迫切需求，青藏高原对灾害性天气的影响更是一个具有理论意义和应用价值的重大科学问题。

本文在国家自然科学基金“青藏高原地-气耦合系统变化及其全球气候效应”重大研究计划重点支持项目“青藏高原热源与天气系统影响我国灾害性天气的机理研究”（批准号：91337215；周期：2014年1月～2017年12月）相关研究的基础上，综述了近10年内青藏高原热源和天气系统影响我国灾害性天气的基本特征、物理过程、异常成因和预报技术等方面的最新进展，指出了存在的主要问题，并展望了基于高原热源和天气系统影响的高原天气学未来发展的主要趋势。

1 主要进展

2010年以来，针对青藏高原热源与高原天气系统对我国灾害性天气的重要影响，基于观测、试验、再分析等多源资料，通过观测统计、外场试验、诊断研究、数值模拟和理论分析，先后在高原热源与天气系统的时空分布结构、高原热源演变与灾害性天气、高原天气系统活动与灾害性天气、高原影响灾害性天气的预报理论与关键技术方面，取得了一些新的成果。本文主要从以下四个方面论述其主要进展。

1.1 高原热源与天气系统影响灾害性天气的关键区与强信号

基于观测系统模拟试验OSSE（Observing Systems Simulation Experiment），首次研究了青藏高原及周边地区观测系统布局的科学合理性和区域代表性，揭示了高原热源、水汽、低涡系统的布局关键区，为高原气象综合观测系统奠定了理论和实践基础[11]。利用青藏高原东南部4个野外试验站观测资料，揭示了下垫面和地形均对陆-气能量交换过程有重要影响，得出了高原复杂地形环境比不同天气条件对感热通量的影响更显著，阴雨天气下不同地形对潜热通量有明显的影响，林芝地区地-气通量的月内变化明显受南亚季风活动的影响等重要结论[12]。针对西南涡生成源地、移动路径和影响范围等，2014～2017年每年6月21日～8月31日配合开展了青藏高原东部及下游关键区西南涡加密观测大气科学试验，基于7个业务站和4个加密站共11个探空站每日4次观测，构建了青藏高原大地形下，高原-盆地大气关键区300～500 km的中尺度时空加密三维观测站网[13−15]。2014年6月21日～8月31日每日北京时08时和20时2个时次，基于移动GPS探空首次开展了青藏高原主体中部那曲申扎高原涡源地大气加密观测科学试验，首次获得了关于高原涡、西南涡等高原天气系统演变及其影响的“过程观测”数据资料，这些基于高原天气系统关键区的高时空分辨率加密观测资料明显改进了区域数值天气预报技术，有效预报了低涡系统演变及其强降水天气，在高原天气学研究及灾害性天气业务预报中发挥了独特的重要作用[16]。2014年7月24～26日一次高原涡演变过程，仅基于关键区申扎单站的加密观测数据就有效揭示了该次高原涡生成、发展和移动变化的全过程，但常规观测站网没能反映出这一变化（图1）。

图1 2014年7月24日08时～26日20时500 hPa高度场（等值线，单位：gpm）、温度场（着色区，单位：℃）和风场（紫色矩形表示申扎加密观测站，黑色椭圆表示高原涡）（a、b后1～6依次对应24日08时、24日20时、25日08时、25日20时、26日08时和26日20时，a为常规观测资料，b为常规和加密观测资料）

研究指出1964～2013年青藏高原绝大部分地区冬季温度呈升高趋势，近20 a升幅达0.80℃/10 a；全区暖（冷）冬事件14（17）次，极端强暖（冷）冬事件3（2）次，且2009年暖冬范围最广、强度最大；未来强暖（冷）冬事件逐渐增多（减少）[17]。发现1979～2016年青藏高原降水分布不均匀，其中，南部降水最集中且集中期最晚，东北部降水相对均匀，西北部集中度、集中期年际波动最大；以90°E为界，东部降水量与集中期为正相关、西部为负相关[18]。分析了1983～2012年1382次西南涡之盆地涡降水天气过程的低涡发生频数、生成位置、月日变化、移动路径、日降水等气候特征，表明盆地涡有西南部和东北部两个高频生成源地，对流未（向上）发展的浅薄（深厚）涡以≤（＞）24 h短（长）生命史居多，发现川渝盆地上游川西高原九龙、小金的风场扰动对下游西南型及东北型盆地涡生成有重要贡献[19]。揭示了1981～2010年夏季青藏高原地面热源和高原涡生成频数的气候学特征及其两者相关成因，得到高原地面热源（特别是地面感热）偏强有利于高原涡的多发，表明了高原地面加热对触发高原涡乃至高原对流活动的重要性[20]。指出高原地面热源具有强烈的日变化，白天热源，夜晚热汇；高原涡主要生成于青藏高原腹地，夜间生成率略高于白天[21]。发现1981～2010年夏季平均每年9个移出型高原涡，涡源主要在西藏改则、安多、青海沱沱河以北及曲麻莱附近，东移路径低涡主要影响长江流域中上游、黄河流域上游及江淮地区降水，东北路径主要影响长江流域上游、黄河流域以及东北地区降水，东南路径则为青藏高原东南侧及长江流域降水[22]。指出1981～2010年夏季高原涡生成源地集中在西藏双湖、那曲和青海扎仁克吾，中部（西部、东部）涡占50.8%（27.0%、22.2%），而生成时暖性涡占90.7%；伊朗高原上空气旋、青藏高原低槽和其南侧反气旋的配置对高原涡的发生具有重要作用[23]。通过对比分析25个有暴雨与25个无暴雨两类西南涡系统演变的物理量场，发现有暴雨西南涡具有低层孟加拉湾和南海的水汽输送更大且更北，涡中心附近东、南侧始终存在强水汽辐合和深厚上升运动，西、南侧为不稳定或中性层结，北侧干冷空气气旋性侵入低涡后部，且涡中心附近为低（高）层正（负）涡度、辐合（散）叠置等特征[24]。统计分析表明，1979～2013年春季共产生262例西南涡，平均每年7.5例，呈下降趋势；对流层中低层高原南北部大气环流“北低南高”、贝加尔湖和日本海“东高西低”异常分布，有利于春季西南涡的形成和维持[25]。

1.2 高原涡与西南涡基本结构和演变特征及其东移机制

研究指出高原涡生成初期（移出高原后），总比能变化主要取决于显热能（潜热能）；证明了能量场上高原涡的螺旋与“涡眼”结构，以及低涡降水分布的主要原因[26]。在西南涡发展和成熟阶段，其影响的对流云团均以深厚对流云为主，低涡中心与强对流中心都不一致，强对流中心位于低涡中心东南，对流云团发展的微物理过程均符合“撒播－供水”机制，且在西南涡成熟阶段对流云内部中低层存在高温高湿中心[27]。基于WRF（Weather Research Forecast）模式得到西南涡具有两个中尺度闭合气旋式涡旋的更精细结构，不同于常规观测的西南涡，即西南涡的双中尺度涡旋结构，指出准地转平衡是两个闭合中尺度低涡生成、维持的原因[28]。揭示了西南涡之九龙涡的时空精细分布及活动规律，发现九龙涡涡源存在3个次涡源，对应不同生命史，以及不同生成频数、月日变化、移动频数和移动路径的九龙涡，首次提出了西南涡的涡源具有多尺度特征[29]。指出深厚型高原涡是一个不同于浅薄型高原涡的中尺度斜压系统，中尺度动力作用可能并不是促进深厚型低涡向上发展的主要原因；深厚型高原涡具有不同于浅薄型高原涡上冷下暖的垂直分层热力结构，与高层南亚高压存在相互作用；其形成、发展，以及云系变化、对流结构与浅薄型具有明显差异[30−31]。首次划分低槽前部类、切变线类、切变流场类（细分为两高切变东阻型、热带低压影响型）3大类4小类移出青藏高原的持续强影响高原涡，指出不同于一般移出青藏高原的高原涡，移出高原持续强影响高原涡以两高切变东阻型对中国降水影响最大，然后为切变线类、热带低压影响型、低槽前部类。并且，一般较深厚、向北倾斜，对流层高层南亚高压都为脊线在25°～28°N，东伸到100°E以东，其强度以东阻型最强，依次为切变线类、低槽前部类、热带气旋影响型[32−33]。

首次揭示了移出青藏高原的高原涡和西南涡的协同活动特征(图2)，得到：5～8月是高原涡、西南涡两涡的共同活动期，两涡大多数为斜压或冷性低涡；共同活动的高原涡（西南涡）主要产生于西藏杂多（四川九龙）；两涡共同活动常带来长江以南持续性区域暴雨，影响中国广大地区，甚至朝鲜半岛、日本和越南[34]。并且，进一步得到高原涡诱发西南涡、高原涡与西南涡耦合、同一天气系统下两涡并行共3种两涡伴行活动形式（图3），揭示了冷空气活动、200 hPa急流对不同活动形式两涡伴行的影响原因[35]。指出热带低压活动通过影响高原涡的环境风场，由此改变低涡风场成为非对称结构，造成持续高原涡在河套地区打转活动，揭示了河套打转持续高原涡维持与发展的不同动力机制[36]。并且，其对流层中层高度场特征的个例数值试验表明：中国大陆以东、140°E以西洋面台风或热带低压向北活动，会造成持续高原涡在河套地区打转的环流背景和异常路径，热带低压强度变化会影响副高位置，从而影响低涡打转活动的切变环境场，造成低涡打转位置与次数的变化[37]。分析一次四川东部高原涡与西南涡耦合暴雨天气，指出加密观测资料能更好地揭示两低涡的生成、移动和耦合变化及暴雨过程；合成涡更接近西南涡的动力结构和高原涡的热力结构，但散度场受两涡的影响；且位涡正值中心对低涡系统活动有指示意义，得到关于低涡相互作用及其暴雨物理机制的新认识[38]。提出西南涡的移动与250 hPa高层急流强辐散区和500 hPa西风槽前上升运动相联系，强风暴相对螺旋度不断传输涡度形成更强的旋转和上升运动，有利于西南涡的发展；前（后）部暖（冷）平流的热力协同作用推动了西南涡的远距离移动，是低涡东移的重要原因[39]。指出西南涡初生和成熟阶段都维持对流层低层正涡度和高位涡中心相耦合的动力特征，存在“暖心”和“湿心”结构；低空水汽通量散度对降水带强度和移动有较好的指示意义；潜热释放引起的非绝热作用对西南涡的发生、发展有重要作用[40]。分析西风槽、切变线和切变流场影响下的移出青藏高原持续活动的3次典型高原涡，得到：高原涡主要沿正涡度变率中心方向移动；对西风槽和切变流场高原涡活动，正涡度变率主要来自水平输送项，而切变线高原涡活动则主要来自辐合辐散项[41]。首次分析了季节相近、强度相差不大、路径为偏东方向的移出高原长久持续与短期维持的高原涡的对流层中高层环流、冷空气与位涡特征，得出：两者对应的冷暖平流分布及其影响具有差异，冷空气引起斜压性增强、对流不稳定增强、高空高位涡下传，是高原涡较长时间持续的重要条件；中国重大的高原涡暴雨洪涝灾害往往与其移出青藏高原后的长久持续有密切关系[42]。另外，移出青藏高原的长生命史高原涡的共同点是：500 hPa为两槽一脊环流形势；高层南亚高压中心区在20°～35°N，1248 dagpm等值线东伸点在135°E以东；6～8月移出高原的长生命史高原涡活动频繁，以7月和6月最为频繁，8月次之；高原涡基本上均在冷平流带中活动，较强的冷空气活动使高原涡向相对较暖的南方移动[43]。

图2 两涡活动高原涡与两涡活动西南涡共同移动至海上的路径（实心圆为高原涡，实心三角为西南涡）[34]

图3 1998～2015年各月持续高原涡过程（黑色）、持续高原涡与西南涡共同活动过程（蓝色）和持续高原涡与西南涡移向基本一致过程（红色）的出现次数[35]

1.3 高原热源与低涡天气系统关系及其对暴雨天气影响

对比分析移出青藏高原与未移出青藏高原高原涡的涡源与高原地面加热的季节变化及其相关关系，得到：高原地面潜热由春到夏的增强特别明显，与移出涡生成个数的明显增加相一致；春、夏、秋季移出涡、未移出涡涡源区的地面热源强度有差异，移出涡强于未移出涡；高原地面潜热对高原涡生成有重要的作用，对移出涡的生成影响更大（图4）[44]。指出2008年1月华南严重低温冰雪天气事件中，高原地面热源相对于气候态表现出极端波动和显著的加热作用，三个加热峰值期与雪灾高发时段一致；受高原地面热汇变为热源的异常加热影响，500、300 hPa中纬度的两支罗斯贝波列从大气中上层由高原向下游传播到华南，为低温冰雪灾害提供能量（图5），表明高原加热异常可影响中纬度罗斯贝波列的激发和传播，并造成华南地区异常低温冰雪天气事件[45]。研究了一次西南涡华南暴雨过程，指出θse冷平流驱动西南涡向暖区移动，暴雨天气形成于西南涡的移动和发展过程；正的强湿螺旋度散度对应强降水，是暴雨落区的一个很好诊断指标，揭示了长距离移动西南涡诱发持续性暴雨天气的成因[39]。得到四川西南涡与高原涡两次低涡强降水系统的水平、垂直结构，以及其雨顶高度、降水廓线等特征的异同。指出高原涡和西南涡降水的最大雨顶高度均接近16 km，高于热对流降水和中尺度强降水；成熟阶段的西南涡是比高原涡相对更深厚的系统[46]。指出长生命史夏季盆地涡主要有西南型盆地涡、东北型盆地涡两个涡源；夏季前者出现频数更多、年际振荡较明显，对季节累计降水贡献较大，但后者的日降水强度更强，降水范围更广（图6），长生命史西南型与东北型盆地涡的生成环流特征有明显差异[47]。

图4 夏季移出高原涡个数与热源相关系数分布（红色粗虚线为海拔≥3000 m区域）[44]

图5 2008年1月11～30日500 hPa流场距平（a）及其与青藏高原地面加热异常的相关分布（b）[45]

图6 1983～2012年夏季西南型（a、c）和东北型（b、d）长生命史盆地涡的年均季节累计降水（a、b，单位：mm）和日均降水强度（c、d，单位：mm）[47]

研究指出当高原涡与盆地西南涡处于非耦合状态时，高原涡东侧次级环流下沉支抑制西南涡的发展；而当两涡垂直耦合后，加强成为一强盛涡；等熵位涡的分布可反映高原涡与西南涡的水平移动状况，对强降水中心也有一定指示作用[48]。分析得到高原涡与热带气旋相互作用使两者移速减缓、涡区切变流场加强，正涡度平流输送使低涡加强与维持；对流层中低层正的垂直螺旋度，有利于低涡系统维持和降水持续，其大值区及出现时间对强降水落区及发生有一定指示性；对流层低层暖平流输送使暴雨区能量持续积累，也使中尺度对流系统生消活跃，降水得以发生和持续[49]。分析得到盛夏切变线对流中心强、辐合区和正涡度深厚，其多对流中心、多正涡度中心和辐合中心可能与高原涡活动有关；盛夏和夏末切变线正涡度辐合中心东移特征明显，上升区更为偏东和强烈，造成高原以东的强降水；初夏（盛夏和夏末）切变线以稳定性（对流性）降水为主，切变线附近上空水汽和不稳定能量聚集是切变线强降水的重要原因之一[50]。通过中尺度数值模拟，分析了2007年8月25日和2011年8月14日青藏高原东部两次强降水过程的重力波特征（图7），发现高原降水上游区5～6 km高度更早出现的垂直风切变不稳定、高原地区6 km高度的中尺度重力波和强降水过程的时空关系，提出了重力波的发展是青藏高原东部中尺度强降水发生的动力机制之一，并指出青藏高原6 km左右高度的偏南风垂直切变和Richardson数可作为下游地区暴雨预报的指标和依据[51]。针对青藏高原东侧四川盆地一次深秋特殊暴雨天气过程的分析得到：强降水在倒槽阶段加强，在低涡阶段减弱、结束，主要是高空急流在四川盆地出现中断，中高空呈现下沉气流并与低层垂直环流上升支叠加，抑制了上升运动发展的结果；低涡与降水相互作用中降水潜热对西南涡形成的特殊作用，解释了不同于传统低涡降水的“先有降水，后有低涡”的特殊天气现象，以及虽有西南涡活动却“有涡无雨”的原因[52]。揭示了四川盆地暴雨过程的多条水汽通道，发现最主要的是孟加拉湾水汽输送通道，并与“大气河”存在一定的相似性[53]。分析得到南亚季风和东亚季风交界面IIEI综合指数（Index for the interface between the Indian summer monsoon and the East Asian summer monsoon）与东亚（南亚）季风指数呈正（负）相关，并与夏季中国南方大部地区降水呈负相关；正负异常IIEI指数，对应不同的东亚季风和南亚季风相对强度、南亚高压和西太副高强度与位置和中国南方盛行气流及水汽输送方式，导致其不同的降水异常变化；深入揭示了东亚季风与南亚季风的协同演变是影响我国降水异常的重要原因[54]。应用2012～2015年西南涡加密观测大气科学试验的剑阁、金川、九龙和名山等4站探空资料，分析得到：青藏高原东部川西高原南部九龙的重力波源主要来自对流层上层，波能向上传播；移出型西南涡活动初期，重力波水平传播主要为东北向，上传概率远大于下传，动能和潜能较大且变化剧烈，明显不同于源地型（图8）。指出重力波水平传播方向对西南涡的移动有指示意义，且重力波的夜发性与西南涡的夜发性也存在一定的关系[55]。从波包传播诊断新角度，揭示了高原关键区扰动能量传播对我国夏季异常降水、冬季低温雨雪等有重要影响，指出大气扰动能量的积累、传播特征，频散、释放位相与降水的强度、持续时间有密切关系[56]。

图7 沿两次降水过程东北-西南剖线模拟的2011 年8 月14 日18时（左）和2007 年8月25日20时（右）垂直速度（阴影为上升、虚线为下沉，单位：m·s−1）和位温（实线等值线，单位：K）的垂直分布[51]

图8 源地型（蓝色）和移出型（橙色）西南涡初期的重力波（a）波动动能（距平）和（b）波动潜能（距平）的能量对比[55]

1.4 基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术

以上关于高原热源与天气系统影响灾害性天气的关键区与强信号、高原涡与西南涡基本结构和演变特征及其东移机制、高原热源与低涡天气系统关系及其对暴雨天气影响等三方面的成果，反映了青藏高原热源异常和高原天气系统演变及其相互关系对我国灾害性天气的影响机理，丰富了基于高原影响的灾害性天气分析预报理论。

然而，基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术也取得了一些有价值的成果。如提出了有关的信息、思路、概念，建立了有关的指数、模型、技术等，并进行了检验评估和业务应用，收到一定成效。尤其是基于NCEP1、NCEP2和ERA-Interim资料计算得到1981～2010年共30 a的三套青藏高原大气热源数据集，并在对比评估基础上，指出了其时空分布气候特征的异同及实用性[57]。根据人工识别、定义标准和几何学知识，建立了高原涡客观识别技术，构建了基于CFSR资料的1981～2010年高原涡数据集，与高原涡年鉴和人工识别的对比，表明具有应用价值[58]。确定了青藏高原周边地区持续性暴雨的4个局地高频中心：西藏东南部波密、四川西部至中东部、云南南端、湖北中东部，高原东侧西南区域持续性暴雨以3 d为主，暴雨中心有东移趋势，西南涡等是长江上游和中下游暴雨洪涝的重要影响系统[59]。基于多产品、高精度、高分辨率的AIRS卫星资料，指出K指数、最大对流稳定度指数（BI）、沙氏（SI）指数可作为高原对流天气的辅助分析预报信息，能在一定程度上弥补青藏高原探空资料的严重不足，但需要综合应用[60]。基于外场试验飞机观测和大涡模拟浅积云资料，分别通过主成分逐步回归方法，分析了夹卷率与垂直速度、浮力和湍流耗散率的关系，得到多变量比单一变量拟合能更好地反映夹卷率，在三个常用参数化试验的基础上，提出了一种与垂直速度、浮力和耗散率相关的浅对流夹卷率改进参数化方案，并讨论了不同积云处理对于新参数化的影响及其内在关系的物理机制，具有理论意义和实际价值[61]。结合全国汛期高空加密观测资料，基于西南区域数值预报业务系统SWC-WARMS，得到汛期加密气象观测有利于揭示西南涡的发生、发展及其降水过程，能提升数值天气预报技术水平[62]。指出边界层MYJ方案湍流混合作用较弱，对四川盆地各量级降水的模拟能力均有限；YSU方案具有强烈的垂直混合强度，适用于盆地较大量级降水的模拟；ACM2方案能调整湍流混合强度及控制非局地输送，适合盆地较小量级降水的模拟[63]。得到引入西南涡加密探空数据的WRF数值模式，能通过激发初始气旋式扰动，增加初始低涡强度，调整初始温湿结构，改善对奇异路径高原涡和西南涡演变过程及其强降水天气的模拟能力[64]。并且，基于四川常态化的西南涡加密观测大气科学试验，通过每年41 d的高时空分辨率外场综合观测资料的获取与应用，推进了高原天气的精细观测、理论研究和业务应用。2013年6月29日～7月2日高原涡与西南涡共同作用下四川盆地出现了一次大暴雨过程，常规观测资料难以反映出此次西南涡活动及其与高原涡耦合加强的过程，而加密观测资料能更细致准确地反映低涡系统的动力热力时空分布与变化，并提升了西南区域数值预报业务系统SWCWARMS预报能力[16]。多年业务应用证明：作为一种观测试验与数值模式结合的预报新技术，可显著提高灾害性天气系统及其强降水的可预报性。尤其是提出了基于观测试验与天气预报互动的天气系统及其降水预报新思路，在业务观测站网的基础上，每年西南涡加密观测试验资料通过四川省气象业务通讯网络实时传输进入西南区域气象中心天气预报业务平台，为预报人员及时、精细、准确地分析中小尺度天气系统变化，以及把握未来天气影响，做出正确的天气预警预报起到了重要的支撑；建立了观测试验与数值模式互动的数值预报技术，针对青藏高原及周边地区气象观测能力、站点布局和时空分辨率的现状，将每年西南涡加密观测试验资料实时同化进入西南区域数值预报业务系统SWC-WARMS，能有效揭示中小尺度天气系统演变及其降水过程，明显提高了区域降水天气预报业务能力。2016～2018年业务运行检验评估表明，24 h降水预报平均TS评分为：西南区域业务数值模式SWC-WARMS（欧洲ECMWF细网格模式）小 雨0.559（0.447）、中 雨0.268（0.140）、大 雨0.155（0.058）、暴雨0.070（0.014）和大暴雨0.020（0.004），西南区域数值预报业务系统对复杂地形西南区域不同量级降水预报水平稳定优于当前世界上先进的欧洲中期天气预报中心ECMWF全球数值预报模式。

2 存在问题

虽然关于青藏高原热源与高原天气系统对我国灾害性天气的影响，已在高原热源与天气系统基本结构和演变特征、高原热源与高原天气系统的物理关系、高原涡和西南涡发生发展及移动与暴雨天气、高原影响的灾害性天气预报理论与技术等方面取得了以上成果。但是，面对现实需求与发展趋势，还存在以下一些需要深入研究的主要问题：

（1）青藏高原地-气过程影响我国灾害性天气问题。虽然进一步明确了高原及周边地区热源演变、天气系统活动影响灾害性天气的关键区和信号区，但是，青藏高原地区气象观测布局的整体性、代表性还远远不够，目前，对于高原热力作用、边界层大气多尺度演变还难以做到完整、精准的计算。因此，高原地-气过程及其天气影响仍然是一个面临的基础问题。具体包括：高原主体（尤其是西北部观测空白区）与边坡有哪些热源关键区？这些区域的高原热源与我国哪些区域的环流、天气系统有密切联系？什么高原热源异常结构可通过大气热力、动力过程影响我国的区域灾害性天气，尤其是夏季强降水过程？不同高原热源过程影响的方式、灾害的异同如何？等等，这些问题都需要更系统、精确、深入的研究。

（2）青藏高原及其周边地区低值系统活动中心问题。虽然进一步认识了高原及周边地区低涡、切变线、对流等时空分布及活动特征，但是，由于复杂地形影响和观测资料限制，尤其是高质量数据的缺乏、时空分辨率的差距、多为个例分析结果等原因，目前，一些认识需要进一步系统化、精确化和具体化。因此，青藏高原及其周边地区低值系统活动中心仍然是一个重要的基本问题。如高原及其周边地区对流、低涡活动源地的精细时空分布与多尺度演变特征？高原西北部观测空白区是对流系统活跃区、还是天气系统活跃区？对流、低涡等系统活跃区与局地地形和热源之间的具体联系，尤其是在中小尺度上的密切关系怎样？等等，这些问题都需要进一步的分析。

（3）青藏高原影响我国灾害性天气异常机理问题。虽然进一步阐明了高原热力作用、高原涡和西南涡等高原天气系统发生发展与东移的相关机理及其天气影响，但是，由于缺乏针对高原热源、中小尺度系统完整生命史的系统精细观测资料，目前，对于高原不同热源变化、低涡和切变线等天气系统活动及其下游影响这一关键问题，其认识仍然还是以一些个例、某一侧面、较大尺度的分析为主。因此，关于高原不同热源变化、天气系统演变过程与物理成因的共性认识是什么？高原热源、对流系统、低涡系统演变及其与灾害性天气的关系，尤其是多尺度关系如何？为什么高原天气系统会活跃、频发、群发和移动发展，也会中断、偶发、少发和原地消亡？以及不同高原热源过程、天气系统多种东移形式及其天气影响与物理机制是什么？等等，这些问题也还需要开展系统、综合、批量的对比分析和合成研究。

（4）青藏高原地区综合气象观测站网的布局问题。虽然高原气象业务站网不断发展、高原外场专项科学试验[13−15,65]持续开展、高原大气综合科学试验[16,66]逐步推进，但是，由于高原气象综合观测布局是一个复杂的系统工程，需要长期不懈的研究与建设[67]，目前，高原地区的气象观测仍然功能弱小、针对性不强、代表性较差，还是制约高原气象理论与技术发展的一个首要基础问题。因此，关于高原地区气象观测系统如何科学合理布局？怎样构建高原热源、天气系统和水汽循环的协同观测站网，尤其是增强其关键区的业务观测能力？考虑推进青藏高原西北部空白区的气象外场科学试验和观测站网设计，怎样提高高原气象综合观测站网的数量与质量？等等，这些问题确实需要高度重视，在加强布局理论研究的基础上，积极、稳妥、有序地加强青藏高原气象综合观测系统的业务化发展。

3 未来展望

21世纪以来，以青藏高原动力、热力作用为核心的高原气象学已进入了涉及大气圈、水圈、冰冻圈、岩石圈和生物圈之间多圈层相互作用的新阶段[67]。并且，全球气候变暖下的青藏高原天气气候影响也发生变化，并日益凸显。因此，深入推进高原及周边地区气象观测布局、外场科学试验，加强高原大气能量和水分循环、对流层-平流层相互作用、高原气候变化研究，发展具有高原特色的灾害性天气气候预测理论与关键技术，已成为国际高原气象学发展的主要趋势。其中，开展青藏高原动力热力作用及其天气系统影响灾害性天气的系统化、精细化和协同化的观测、试验、研究和应用是一个重要的方向。

（1）加强青藏高原及周边地区天气影响综合观测系统是未来的首要支撑。重点是开展高原及周边地区气象综合观测布局的理论分析与试验研究，在此基础上，集中针对高原影响的性质，侧重加强地-气过程的辐射、感热、潜热、水汽、蒸发、湿度、冰雪等要素和现象的观测布局，提升对高原复杂地形、不同热源、影响系统关键区的立体观测能力，以及有计划地开展青藏高原西北部空白区的观测试验和站网建设，是很有必要的。

（2）发展青藏高原影响灾害性天气的新理论是未来的核心任务。通过观测试验、综合诊断、数值模拟和理论分析等方法，进一步辨识高原热源过程、水分循环、天气系统影响的关键区与强信号，认识高原复杂地形热源的非均匀结构、水分循环过程、天气系统演变特征及其相互关系，揭示基于地形、热源、水汽和系统等高原协同影响的灾害性天气异常机理，由此丰富青藏高原影响下的我国灾害性天气预测理论，为天气预报业务提供理论基础，是非常重要的。

（3）建立基于青藏高原影响的灾害性天气预报新技术是未来的基本目标。在高原影响灾害性天气特点和机理的基础上，重点针对高原热源变化、水汽循环、天气系统等影响，开发具有高原气象特色的分析诊断方法，建立高原影响灾害性天气的物理模型，尤其是重点发展具有高原特色的我国高原山地数值预报模式系统，提出基于高原影响的我国灾害性天气预报综合技术，包括适合于多尺度复杂地形区的分析诊断新技术，为灾害性天气预报业务与科学研究提供可靠的手段，也是有效的保障。

4 总结

本文从取得进展、主要问题和未来趋势三个方面，回顾了近10年内青藏高原热源和系统影响我国灾害性天气的重要成果，指出了存在的主要问题，并对未来的发展趋势做了基本展望，归纳总结如下：

（1）在高原热源与天气系统影响我国灾害性天气预报理论进展上，从高原观测布局、高原陆-气过程、低涡观测试验、高原温度与降水、高原热源与低涡、低涡与降水等方面，辨识了高原热源与天气系统影响灾害性天气的有关关键区与强信号；从高原大气能量学、降水微物理特征、低涡精细结构、深厚型低涡、东移低涡影响、低涡协同活动、低涡演变机理、低涡耦合作用、低涡东移机制、低涡与切变线、低涡环流背景、动力热力过程等方面，认识了高原涡与西南涡等高原天气系统的基本结构、演变特征及其东移物理机制；从高原热源与低涡涡源、高原热源与低温雨雪、低涡耦合强降水、长生命史低涡与降水、低涡与持续性暴雨、高原切变线与强降水、重力波与低涡及强降水、远距离移动低涡降水、降水与水汽输送、潜热与低涡形成、季风协同作用与降水等方面，揭示了高原热源与高原天气系统的关系及其对强降水天气的影响，丰富了基于高原影响的灾害性天气预报理论。

（2）在高原热源与天气系统影响我国灾害性天气预报技术进展上，从高原相关数据、思路、概念，以及指数、模型、技术等方面，得到青藏高原地区加密观测试验、热源、低涡及强降水数据集，高原及周边持续性暴雨中心，实现了对西南涡发生发展和东移及其天气影响的“过程观测”与研究和业务应用，提出高原对流天气指数的综合应用思路，发展了一种新的数值模式夹卷率参数化改进方案，指出高空加密观测数据可提高降水数值预报技巧，认识不同模式边界层参数化方案对各量级降水的模拟能力差异，提出西南涡加密观测试验可有效改善业务模式低涡及降水预报水平。并且，提出了基于观测试验与业务平台结合的天气预报新思路、观测试验与数值模式互动的数值预报新方法，改进了基于高原影响的灾害性天气分析诊断预报技术。

（3）关于高原热源与天气系统影响我国灾害性天气存在的问题，由于高原天气学的发展相对落后于高原气候学，这是一个基本问题。但在青藏高原热源与天气系统影响上，具体表现为：高原地-气过程对我国灾害性天气的影响、高原及其周边地区对流和低涡等系统活动中心分布、高原热源与系统影响我国灾害性天气的物理机制、高原地区综合气象观测站网的设计与布局等研究的不足，是其目前存在的主要问题。

（4）关于高原热源与天气系统影响我国灾害性天气未来的发展，在青藏高原气象学的大背景下，加强高原及周边地区天气影响的综合观测系统与能力、发展高原影响下的我国灾害性天气预报新理论、建立具有高原特色的我国灾害性天气分析诊断预报新技术，尤其是具有高原山地特色的数值预报理论与技术，由此推动我国基于高原影响的灾害性天气分析预报理论与技术，是其未来主要的发展趋势。