把握山区大气运动，精准赛区天气预报的科技支撑

提高时空分辨率只是提升数值天气预报准确率的一个方面，把握大气运动的物理规律才是核心要点。越准确地把握这些规律，模拟的大气运动与实际大气运动越接近，才能提升对未来天气变化的预报准确性。

而在冬奥赛区高低起伏的山地地形中，大气运动的物理规律尤为复杂。因此，多个气象科研单位从申奥之初就围绕赛区持续进行气象科研工作。

天气预报中重要的物理过程（图片来源：Baueretal.,2015）

风向与风速是赛道预报的关键气象要素之一。但是高低起伏的山地不仅能够直接改变近地面气流的方向和流速，而且不同的山地下垫面由于物理性质不同，对太阳辐射的吸收也不同，此外，还能够改变局地地表温度的分布从而间接影响局地的大气运动。

数值模式中山地地形对风场的影响（图片来源：Xieetal.2020）

为此，研究人员对河北张家口-北京延庆一带的冬季山谷风进行了研究。他们根据风的持续日变化特征进行分类，得到了10种不同的山谷风类别，进而得出了冬奥赛区不同局地地形对风向、风速影响的一般规律。这些结论为赛区风场的数值模拟和预报打下了良好的基础。

河北张家口-北京延庆一带不同地形的冬季山谷风特征（图片来源：贾春晖等人，2019）

温度是赛区预报的另一关键气象要素，而山地的特殊地貌特征往往会形成一些特殊的山地天气现象，从而对局地温度造成显著影响，比如在高低起伏的山地中形成的“冷湖”。大气是一种特殊的流体，大气中的冷湖就是温度较低的气团聚集在了某一个地方。

持续性的冷湖不仅会对局地温度造成影响，并且往往伴随着空气质量和能见度的下降。2021年初，在北京崇礼赛区测试赛期间就出现过一次间歇性冷湖过程。为了更准确地对山区温度进行预报，研究人员使用高精度的数值模式对冷湖的形成和消散过程进行了模拟和研究。

这次冷湖形成的主要原因，是由于晴朗夜间地势较高处近地表的空气变冷，冷空气在重力作用下向地势较低处流泻，聚集在山谷和盆地中；在日出后，随着山谷地表加热的增强，山谷中的湍流活动快速发展从而破坏了冷湖的结构，冷湖随之消散。研究人员对冷湖形成和消散的研究结果有助于提升山地温度预报的准确率。

山地冷湖形成和消散示意图（图片来源：王雨斐等人，2022）

在这些研究的基础上，不同的研究机构还结合了机器学习、多模式集成等技术，发展了针对不同赛区、甚至是赛道上不同地点的气象要素的高实效预报模型。在冬奥会前不断地根据实际观测数据对模式预报结果进行评估和改进，为精准气象服务保障提供了有力的科技支撑。

中国科学院大气物理研究所参与了崇礼赛区的观测站气象要素预报。该图为的地形高度图，圆形为不同赛道上的观测站，文字为站名，背景填色表示地形高度。（图片来源：中国科学院大气物理研究所）

精准天气预报，冬奥之后还有用吗？

有了冬奥气象保障工作团队提供的严谨细致的服务工作，高山滑雪的运动员们才能够放心地“冲就完了”，才能让我们欣赏到这场惊险刺激的比赛盛会。

在提升与精进服务于赛区的天气预报技术时，我们也深入攻克了目前全世界在山地气象预报服务中的技术难题，在冬奥赛中“炼”出的经验，未来也将融入到日常天气预报业务中，进而更好地服务于百姓的生活。

参考文献：

[1] 张玉涛, 佟华, 孙健. 一种偏差订正方法在平昌冬奥会气象预报的应用. 应用气象学报, 2020, 31(1): 27-41. DOI: 10.11898/1001-7313.20200103.

[2] 贾春晖, 窦晶晶, 苗世光, 等. 2019. 延庆—张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析 [J]. 气象学报, 77(3): 475−488.　

[3] 王雨斐, 李国平, 王宗敏,等. 冬奥崇礼赛区一次冷湖过程形成及消散的数值模拟研究[J]. 大气科学, 2022, 46(1):1-19.

[4] Bauer P ,  Thorpe A ,  Brunet G . The quiet revolution of numerical weather prediction[J]. Nature, 2015, 525(7567):47-55.

[5].Xie, J., Zhang, M., Xie, Z., Liu, H., Chai, Z., He, J. X., & Zhang, H. (2020). An orographic drag parametrization scheme including orographic anisotropy for all flow directions. Journal of Advances in Modeling Earth Systems.

[6] https://topics.gmw.cn/2021-10/22/content_35275836.htm

[7]https://sports.cctv.com/2020/04/17/ARTI7CxuCMPzylLP1n8ME9aB200417.shtml

[8]https://new-qq-com.observersnews.com/omn/20211208/20211208A02QGJ00.html