引言

中尺度天气是指水平尺度几千米至几百千米，时间尺度约1小时到十几小时的天气现象，按其性质分为中尺度对流性天气和中尺度稳定性天气(大气科学辞典编写组，1994；陆汉城，2000)。中尺度对流性天气(简称对流天气)包括雷暴、短时强降水、冰雹、雷暴大风(下击暴流)和龙卷等。中尺度天气分析指的是针对中尺度天气的天气尺度环境场分析和中尺度过程分析，目前是对流天气分析，已在对流天气的短期和短时临近预报服务业务和研究中发挥了重要作用，比如针对2012年7月21日北京特大暴雨的分析(谌芸等，2012；方翀等，2012；俞小鼎，2012)等。但当前预报业务部门对于强对流天气的预报能力还有很大不足, 因此如何提高对强对流天气的分析技术水平和预报能力，是现代天气预报业务所面临的重要挑战之一。

国家气象中心自2009年以来积极研发和推进中尺度天气分析业务和技术，逐步制定和完善了《中尺度天气分析业务技术规范》(张小玲等，2010；2012；郑永光等，2010；何立富等，2011)，该规范针对的是对流天气分析。但目前业务使用的《中尺度天气分析业务技术规范》还存在一些不足，比如规范要求的分析内容太多但还欠缺完整、没有物理量的量化参考指标、没有局地探空分析、缺少对雷达和卫星等非常规资料分析等，因此需要继续改进和完善中尺度分析规范，尤其是需要补充明确分类强对流天气的分析内容等。

开展中尺度天气分析业务不仅需要技术规范，其支撑技术的发展也是促进该业务发展的重要方面。中尺度天气分析支撑技术不仅包括对流天气监测技术和客观分析技术，还包括中尺度天气主观分析工具箱建设和分类强对流天气客观分析产品以及产品集成系统，以给业务强对流天气预报提供快捷方便的数据和图形产品。国家气象中心目前建立了一整套支撑中尺度天气分析的客观技术，其中郑永光等(2013)已专文介绍了国家气象中心利用多源观测资料(常规和非常规资料)建设的强对流天气综合监测业务系统。因此本文将重点介绍国家气象中心强天气预报中心2011—2012年在以下几方面取得的进展：改进的中尺度天气分析业务技术规范中的中尺度对流天气环境场分析部分，中尺度天气主观分析工具箱和产品集成系统。

1 中尺度天气分析业务技术规范修订

《中尺度天气分析业务技术规范》自2009年制定后经过了多次修订，其中2011—2012年做了重大修订，新规范参考了美国强对流分析相关业务技术(Charles, 1982; Crisp, 1979; Miller, 1972), 在内容上精简了对流天气环境场条件分析，增加了局地探空分析和中尺度对流天气过程分析内容，主要的修订内容见表 1。

完善后的新版《中尺度天气分析业务技术规范》分为“对流天气环境场条件分析”和“对流天气中尺度过程分析”两篇，其中第一篇主要使用探空数据和天气尺度数值模式数据，在短时或短期时效内分析中尺度对流天气环境场条件，目的在于指导短时和短期强对流潜势预报；第二篇主要的目的在于形成中尺度短临预报思路，指导短临预报的制作，本部分将另文介绍。两个章节在规范内容上相辅相成，但在预报时效、分析思路等方面又各有侧重和针对性，对不同预报时效的强对流预报业务更具指导性和可操作性。

2 对流天气环境场条件分析

“对流天气环境场分析”是新规范的第一篇，主要基于配料法分析思路，针对产生对流天气发生发展的必要条件(水汽、稳定度和抬升)和增强条件(垂直风切变条件)等，从等压面分析和局地探空分析两方面对大气环境场的相关气象要素进行分析，并以各种标识符号显示在天气图上，辅以必要的文字描述，最后形成反映对流性天气发生发展的大气环境场条件的综合分析产品。该部分适用于6 h以外的短时和短期预报业务，主要对地面、高空常规和加密观测、自动站观测资料和数值预报资料进行分析。

本篇的规范内容主要分为四部分：(1) 天气图分析，在天气图上进行基于风、压、温、湿基本要素的水汽条件、不稳定条件、抬升条件和垂直风切变条件分析；(2) 诊断物理量分析，从客观分析和模式输出的各诊断物理量对上述四类对流条件进行分析；(3) 站点探空分析，选定站点分析探空资料的热力学和动力学条件；(4) 环境场分析业务产品制作，规范简明的业务分析产品制作方法。

2.1 天气图分析

天气图分析部分给出对常规观测资料或数值模式预报资料的风、压、温、湿等基本气象要素的分析方法，以判断环境场中与对流相关的水汽、不稳定、抬升和垂直风切变等条件。天气图的分析原则部分参考了天气学分析基本方法(寿邵文等，1993；1987)。新规范基于实时业务的可操作性简化了分析内容，兼顾全面分析和突出重点，具体内容参见表 2。分析形式为在地面或不同特征等压面天气图上的手工分析，分析内容可在综合分析图中进行显示。

中尺度对流天气环境场分析技术流程如图 1。水汽条件相关的湿度要素，重点分析对流层低层的水汽含量及饱和程度，以低层显著湿区为主，判断对流天气发生发展的基本水汽条件，同时分析与低层湿区相对应，有利于形成“下湿上干”层结的对流层中层干区，辅助判断不稳定条件及雷暴大风的发生条件。不稳定条件相关的温度要素，重点分析有利于出现“下暖上冷”结构的各种系统，包括低层暖脊、中层冷槽、垂直温差大值区以及显著降温区。对流触发的抬升条件主要分析边界层锋区、中低层短波槽、低层辐合线或切变线，边界层锋区包括各类锋面和干线(露点锋)等。垂直风切变条件相关的风场要素，主要分析大风速带、急流核等，低空急流反映0~1 km和0~3 km垂直风切变条件，中空急流反映0~6 km强垂直风切变条件。

2.2 诊断物理量分析

除了对基本气象要素的分析，规范给出与对流天气相关的实况客观分析和数值预报输出的各类诊断物理量的分析应用，以判断各类有利于对流发生发展和加强的环境场条件。表 3给出了主要的参考诊断物理量。

2.3 站点探空分析

探空资料直接反映一个地区垂直方向大气的对流条件信息，新规范给出用热力学图表(温度对数压力图和物理量垂直廓线)、风矢端图、各类对流相关的诊断物理量和指数进行单点探空资料分析的建议，以分析大气层结的垂直结构判断局地当前和未来的对流相关条件。具体分析内容见表 4。分析形式为根据需求直接引用探空图表并配以主观分析文字，部分量化指标参考前人的研究结果(章国材，2011)。

2.4 环境场分析业务产品制作

强对流天气的分析内容比较复杂，根据实时业务快速制作分析产品的要求，新规范给出国家气象中心中尺度天气环境场分析业务产品的构成和制作的一般原则。

强对流天气分析产品由四部分内容构成：(1) 主观分析的综合天气图，参照前面的对各对流条件主观分析方法和分析符号，以能全面反映环境场主要对流条件且简洁明了为原则，在每类条件中选择一至两个最体现分析预报思路的要素，绘制在一张主观分析综合图；(2) 诊断物理量分析图，以能够辅助反映各对流条件为原则，选择性的引用一至两类与对流天气相关的诊断物理量客观分析资料和产品，或根据需求在主观分析综合图加入诊断物理量分析；(3) 探空综合分析，当资料和分析时间允许时，引用重点关注区域对数压力图，必要时应给出探空订正后的对数压力图；将前述探空分析内容和分析思路择要进行综合性描述；(4) 基于前述内容给出综合分析文字。

2.5 对流天气环境场分析范例

以2011年4月17日08时广州强雷暴大风过程(张涛等，2012)的常规资料分析为例，对新规范的对流天气环境场分析内容尤其是新增探空分析内容进行说明。

2.5.1 主观分析的综合天气图

以2011年4月17日08时探空资料分析为例，简化了的主观分析综合天气图(图 2a)表明，由于处在低层暖湿、锋面抬升、中层干燥且位于槽后急流区域，中层位于槽后急流区一方面有利于冷平流增加层结的不稳定，另一方面有利于形成和维持强垂直风切变的环境场，综合来看广东珠三角附近地区各要素相比其他地区都处于最有利于强风暴的情形(阴影部分为强对流天气发生区域)。

2.5.2 探空综合分析

选取清远探空站温度对数压力图表(图 2b)及部分参数进行分析。

探空热力学分析包括：稳定度参数，SI为0.39℃，地面抬升指数约为-2℃，K为34℃，表明地面层不稳定而850层中性偏稳定，T₈₅₀-T₅₀₀为22℃显示中层大气温度直减率较小，850 hPa露点为15℃，700 hPa温度露点差为3℃显示低层湿度大，分析表明层结总体处于弱不稳定。湿层分析，从地面以上超过370 hPa的气层都非常湿，600 hPa以上到350 hPa的中高层非常干，湿层是典型的下湿上干且湿层足够厚的有利于强对流型。对流抑制情况，CIN只有13.6 J·kg^-1，对流抑制很容易被克服，对流启动只需要较弱的抬升条件。CAPE与上升运动，CAPE为665.5 J·kg^-1，并非很显著。DCAPE与下沉气流，中层干燥DCAPE较大利于雷暴大风发生。

探空动力学分析：近地层风速较小同时中层存在急流，说明0~3 km和0~6 km垂直风切变很强，在具备较强的不稳定能量的情况下十分有利于风雹类强对流天气产生，且出现超级单体对流系统的可能性较大。

综合分析：从早晨08时的探空分析，清远地区下湿上干，湿层较厚，在温度直减率较小的情况下层结不稳定，考虑午后近地面温度上升，且高空槽后冷平流明显，温度直减率将会增大，在低层高湿情况下有利于不稳定能量迅速增加，同时0~3 km和0~6 km垂直风切变较大，环境条件有利于出现强风雹类强对流天气。

3 MICAPS 3中尺度天气主观分析工具箱改进

MICAPS 3的中尺度天气主观分析工具箱是进行对流天气主观分析的必备工具。国家气象中心对MICAPS 3的中尺度天气主观分析工具箱改进主要包括三个部分(见图 3)：调整了中尺度分析标注符号，可动态生成中尺度分析图例，可增加标题和LOGO。

新版MICAPS 3的分析工具箱以最新修订的中尺度分析业务技术规范为标准，调整了部分分析标注符号，进行了增删和美化。

对编辑图层中所绘制的中分析标注符号进行自动识别，并在产品界面“左下角”添加相应的图例说明，见图 3。在“属性配置”菜单中增加“符号图例设置”相关选项，可随时生成并更新图例内容，图例位置及图例的列数等默认设置可根据需求调整。

工具箱新增功能可在分析产品界面左上角增加分析单位LOGO，以及中央上方位置增加主标题和副标题内容，在“属性配置”菜单中增加“标题和LOGO设置”相关选项(蓝色方框区域)，可根据用户需求设置标题显示属性，并修改其中文字内容。

4 中尺度天气分析产品集成系统

中尺度天气分析业务的不断发展与完善，必须有高度集成的中尺度天气分析工具以及便利的主观、客观分析产品显示和共享平台系统作为技术支撑，因此对中尺度天气综合分析及产品集成系统的开发，也是开展中尺度分析业务技术建设的重要一环。

2012年强天气预报中心结合目前的中尺度天气分析业务现状和需求，着重开发了包括强对流天气监测、中尺度分析主观和客观产品、针对不同模式的强对流参数诊断产品、基于数值预报产品的强对流客观预报等在内的中尺度天气分析产品集成系统，方便预报员快速调阅使用。强对流天气监测数据产品基于多源观测资料(常规和非常规资料)由强对流天气综合监测业务系统(郑永光等，2013)生成；中尺度天气客观分析数据产品主要以郑永光等(2011)建设的客观分析诊断技术为基础以Cressman逐步订正法对常规地面观测资料和探空资料进行诊断分析生成，主要包括基本物理量、平流物理量、假相当位温和稳定度等。

中尺度天气综合分析图形系统是在配料法分析思路的基础上，针对不同的中强对流天气类型，开发了包括实况观测资料、模式分析产品以及主观分析等多种产品叠加显示的对流条件综合图分析产品。

产生不同类型强对流天气的环境场条件各不相同。为在中尺度天气分析业务中进一步明确分类强对流的分析方法，指导预报员快速形成分类强对流特征的分析思路，将表征不同类型强对流条件的实况观测资料以及模式分析产品进行叠加显示，自动生成一系列的对流条件的单要素图和综合图产品，供预报员在业务中进行快速调用和预报分析。

单要素图如表征不稳定条件的最优抬升指数BLI和最不稳定层对流有效位能BCAPE等。综合分析图实例如图 4，用整层可降水量、最优抬升指数和925 hPa风场叠加作为分析短时强降水的综合图(图 4a)，用最不稳定层对流有效位能BCAPE、零度层高度和500 hPa风场叠加作为分析冰雹的综合图(图 4b)，用下沉对流有效位能DCAPE、最不稳定层对流有效位能BCAPE和500 hPa风场叠加作为分析雷暴大风的综合图(图 4c)等。

5 结论和讨论

2011—2012年国家气象中心强天气预报中心在中尺度分析业务技术方面取得了重要进展，主要包括：修订和完善了中尺度天气分析业务技术规范；改进了MICAPS 3中尺度分析工具箱；中尺度客观天气分析产品集成系统开发取得了初步成果。

新规范以配料法思路为基础精简了对流天气环境场条件分析，增加了分类强对流天气分析量化指标建议，新增了基于局地探空的强对流天气分析规范。在对流天气环境场条件分析规范的基础上，对于不同类型的强对流天气，开发了包括实况观测资料、模式分析产品等多种产品叠加显示的综合图产品和显示系统。

目前修订的《中尺度天气分析业务技术规范》是在国家级对流天气分析业务制作的基础上发展的，虽然也考虑了地方气象台站的应用需求，但主要适用于国家气象中心开展的对流天气分析和短期落区预报业务，各地方台站在开展相关业务时可以参考使用。