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创新天气预报技术 保障国家气象安全——南京大学千人计划特聘教授薛明

2017-03-21

薛明,南京大学大气科学学院教授,国家千人计划特聘教授,中尺度灾害性天气教育部重点实验室科学主任。1989年获英国雷丁大学气象学博士,1999年起在美国俄克拉荷马大学气象系先后担任助理教授、副教授、教授、冠名讲席教授。曾担任美国俄大风暴分析预报中心(CAPS)高级研究员、科学主任、主任、美国国家科学基金委多学科工程研究中心CASA的副主任和国际著名的WRF数值预报模式科学指导委员会委员和多项工作组成员,世界气象组织THORPEX TIGGE-LAM工作组成员。

创建中尺度预报系统

薛明教授长期从事中尺度和风暴尺度的数值预报模式的研究和开发,高分辨率常规和遥感观测资料的同化、天气雷达资料的反演、同化和应用,中尺度和风暴尺度灾害性天气(包括冰雹、龙卷、台风等)的动力学和机理研究。他领导研发的ARPS模式系统获美国Discover Magazine科技创新奖和Computerworld Smithsonian Award科学奖。在美期间先后主持美国国家科学基金委、海洋大气局、海军科学研究署、联邦航空总署等70多项科研项目。获得的总研究经费超过3 200万美元,其中作为首席科学家的占1 400万美元。其代表性研究成果有:主持发展了针对对流尺度天气的高级区域数值预报系统(ARPS),并解决了一系列模式设计和数值方法的关键问题;提出了地表摩擦为龙卷形成的重要旋转涡度来源的新理论;提出了边界层滚涡环流决定对流触发确切时间、地点的机制,建立了相应的对流触发概念模型;建立了雷暴冷池之重力流在非均匀垂直风切变条件下的理论模型,揭示了高层风切变对飑线维持的重要作用;提出并成功解决了集合卡尔曼滤波(Ensemble Kalman Filter)方法应用于有多相态微物理过程的雷达回波资料同化问题,提出和建立了直接同化双偏振雷达资料的理论和方法;建立了对流尺度多模式实时集合预报系统,并率先实现了全美国范围业务雷达网径向风和回波资料的在对流尺度模式中的实时同化。 薛明教授已在国际学术期刊发表论文近200篇,论文被引用4 400余次。

回国打造高水平科研团队

2011年6月,薛明教授受聘于南京大学大气科学学院,并成为南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室的学术带头人。薛教授以他前期研究工作为基础,结合南京大学中尺度灾害性天气教育部重点实验室的研究实力,在南京大学组建了一个高水平的科研团队,通过与现有南大人员和国内同行的广泛合作, 致力于提高中国中尺度灾害天气领域的研究和应用水平,并与美国的CAPS中心建立有效的交流合作机制。

薛明教授充分发挥与国内多个科研和任务单位和相关的科研骨干的合作关系,积极推广国外先进合理的科研方式方法和理念,积极推动国内多单位实质有效的交叉合作,并以首席科学家身份带领国内8家高校和科研院所成功申请承担了强对流天气科技部重大研究项目。同时他还将积极推动有实效的国际合作,包括邀请国外专家来国内讲学,组织国际讲学班和研讨会,并为中国学生学者创造去国外访问学习的机会。

薛明教授指出,南京大学的中尺度灾害性天气教育部重点实验室和美国俄克拉荷马大学的风暴分析预报中心的研究方向关系紧密,并各有特色。两国的灾害性天气(强雷暴、强风、强降水、洪涝、龙卷、台风等)有很多共同点也有各自特征,对两国的国民经济和社会发展都有巨大的影响。两中心在研究手段和工具方面也有很多共同点,其中风暴分析预报中心研制的中尺度风暴尺度数值模式和同化系统在南京大学有广泛应用,并已经或正在辐散到全国各有关科研、教学和业务部门。在薛明教授的积极推动下,两中心及其所在大学的大气科学学院已在强对流天气、气象雷达、局地气候等多方面开展了深入合作,并建立了长期交流合作的关系。

建设天气预报系统 助力防灾减灾

薛教授曾主持中国国家自然基金委杰青项目、中国科学院海外杰出青年研究基金、国家自然科学基金委海外重点合作项目。自2013年以来薛明教授一直担任“突发性强对流天气演变机理和监测预报技术研究”国家重点基础研究计划973项目首席科学家。该项目由南京大学牵头,有北京大学、中国科学院大气物理所、中国气象局气象中心等8家高校、院所参加。项目针对我国强对流天气系统的生消发展机理和监测、预报技术开展系统研究。研究内容包括观测、研究和掌握γ中尺度强对流触发过程、组织化演变规律及其致灾机理,力图在突发性强对流天气预报的国际前沿领域作出重要贡献,为我国灾害性天气的防灾减灾方略提供科学支撑。

项目的开展大力提高了我国科学研究人员在强对流天气的机理研究和分析预报方面的能力。项目成员在2015年6月长江监利沉船事件的实地气象灾害调查、天气条件分析以及作为专家组骨干成员在提交国家有关部门的天气条件分析报告撰写方面起了关键性作用。薛明教授在事后调查中率先提出沉船区域的地面大风为下击暴流结合中涡旋环流所致,而非媒体报道的龙卷。项目组调查分析的结果已发表两篇论文。强对流973计划项目启动以来已发表论文224篇,其中SCI论文108篇。

目前,薛明教授南大团队已经建立了全国范围4公里格距对流尺度实时天气预报系统, 他领导研发的ARPS雷达资料同化系统在中国气象局数值预报中心区域模式系统中业务使用。ARPS数值预报模式和资料同化系统在中国气象局台风海洋预报中心,上海市、天津市、深圳市、重庆市、江苏省、山西省、苏州市等区域气象中心和省市气象局被应用于强对流、强降水、近海登陆台风等灾害性天气的实时天气预报,对我国的防灾减灾作出了重要贡献。预报系统在深圳国际大学生运动会、上海世界博览会、南京青年奥运会等大型活动的气象保障中发挥了重要作用。