基本概况

中国气象局龙门云物理野外科学试验基地成立于2015年，依托中国气象局广州热带海洋气象研究所和中国气象科学研究院，与广东惠州、广州、阳江、江门、韶关、河源和茂名等市气象局联合共建。2019年，该试验基地正式纳入中国气象局野外科学试验基地序列。

中国气象局龙门云物理野外科学试验基地定位于华南地区云和降水宏微观特征观测和科学研究，目标是为了解决华南强降水预报难题。试验基地以惠州龙门为中心主站，同时在粤西沿海建设了阳江超级站和江门上川岛超级站，在大湾区城市群建设了广州超级站，并沿着“粤西沿海-大湾区城市群-粤北山区”这一华南季风主要通道，建设多个子站，多站点开展云降水微物理和环境场参数野外观测试验，弥补业务探测系统不足，为华南强降水机理研究和区域精细数值模式发展提供数据基础。试验基地采用“局—所—站”的管理模式，与所在地市局紧密合作，确保其高效稳定运行。试验观测研究团队遵循“科学观测试验—提高机理认识—改进预报技术”思路，与国内外学者合作，持续开展科学研究。

试验基地学科方向包括：（1）以华南地区对流云的宏微观特征为主要观测和研究对象，瞄准国际上的先进水平，建设和完善试验基地的观测设施和仪器设备，提升我国在云降水物理领域的观测研究能力；（2）通过观测分析和高分辨率数值模拟，提高对华南强降水系统物理过程和发生发展机理的科学认知和理解；（3）通过观测研究，构建与优化现代业务探测资料同化观测算子；（4）通过观测研究，改进和优化模式关键物理过程参数化方案。该试验基地重点拟解决现代业务探测资料在数值模式中的应用问题，以及云微物理方案在华南地区的适用性问题。

建设背景

受季风影响，华南地区强降水频发，常导致城市内涝、山洪、山体滑坡、泥石流等次生灾害，给国民经济与人民生命财产造成巨大损失，直接影响社会公共安全。华南强降水影响因子复杂，目前对其预报能力仍然偏弱，其中原因之一是对云降水微物理特征的认识不足。中国气象局龙门云物理野外科学试验基地涵盖“龙门-清远-佛冈”和“阳江-恩平-阳春”两大强降水中心，位于灾害天气多发地区，具备观测和研究灾害天气的基本条件，具有良好的区域代表性；试验基地覆盖了华南沿海到内陆山区，在夏季风盛行期，是研究成云致雨过程的绝佳场地。加强对华南云降水微物理特征的观测可为提高华南强降水科学认知水平，提升华南强降水精细监测和预报预警能力，建设“粤港澳大湾区”和服务“一带一路”国家战略提供基础资料和技术支持。

广东省年均降水量分布

观测布局

中国气象局龙门云物理野外科学试验基地主要由1个中心主站+3个超级站+多个辅助站组成。以惠州龙门为中心主站，同时在粤西沿海建设了阳江超级站和江门上川岛超级站，在大湾区城市群建设了广州超级站，并沿着“粤西沿海-大湾区城市群-粤北山区”这一华南季风主要通道，建设多个子站，多站点开展同步观测。

中国气象局龙门云物理野外科学试验基地观测设备布局图

龙门中心主站位于北部山区，重点开展云-降水-气溶胶-环境场垂直精细结构观测，新丰重点使用多波段双线偏振雷达开展强对流三维结构和动力场组网观测，河源重点使用视频探空仪和双波段云雷达开展云降水微物理特征直接观测和遥感探测、阳江站、上川岛站、恩平站、阳春站、台山站和博贺站等开展地基云和降水观测。

建设历程大事记

• 2015年，制定试验基地建设方案
• 2016年，开始建设，基地纳入修购规划
• 2017年，龙门站运行，新丰、佛冈、恩平等子站开始建设
• 2018年，新丰大顶山站和河源站建设
• 2019年，入选中国气象局野外科学试验基地序列
• 2020年，广州黄埔、阳江阳春、茂名博贺等站建设
• 2021年，阳江雷达/探空超级站建设
• 2022年，江门上川岛超级站建设
• 2023年，在中国气象局考核评估中获优秀

主要仪器设备简介

云降水微物理特征探测

包括二维视频雨滴谱仪、激光雨滴谱仪、雾滴谱仪、Ka/X双波段双偏振雷达、Ka/Ku双波段毫米波测云雷达（可移动式）、Ka波段云雷达、C波段调频连续波垂直探测雷达（可移动式）、Ku波段微雨雷达、视频探空仪，获取云滴和雨滴尺寸、形状、谱分布、数浓度、下落速度、液态水含量等信息。

气溶胶探测

包括云凝结核（CCN）计数器、气溶胶激光雷达，获取云凝结核活化谱、气溶胶垂直廓线等信息。

边界层探测

包括风廓线雷达、微波辐射计、三维超声风速仪、CL31型激光云高仪、CL51型激光云高，获取大气边界层风、温度、湿度的垂直廓线和云底高度。

龙门中心主站

综合观测试验

依托中国气象局龙门云物理野外科学试验基地，在2019-2022年期间每年参与世界气象组织研究发展项目华南季风降水试验（SCMREX），开展由中国气象科学研究院牵头组织的华南季风/台风强降水协同观测试验，广州超大城市垂直综合气象研究及试验，以及“雨窝”综合科学观测试验等大型观测试验，积累野外科学试验观测数据资料，为进一步科学研究提供数据支撑。

近年主要代表性成果

基于野外科学试验基地二维雨滴谱仪、双偏振雷达、C波段连续波雷达等观测资料，结合长时间统计分析和个例（飑线、台风、季风低压暴雨等）研究，系统深入研究了华南降水的微物理特征，为改进模式微物理方案和提高雷达定量降水估测提供参考。

（1）基于试验基地多台二维雨滴谱仪长期观测资料，统计得到华南地区汛期和非汛期降水，暖区和锋面降水，台风降水的雨滴谱特征。利用长期连续、超高分辨率多源观测数据，系统地揭示了季风海岸极端降水的对流和微物理特征。（Lai et al.，AR，2022；Yu et al.，GRL，2022；Feng et al.，AAS，2023；Feng et al.，JTM，2023；Liu et al.，JTM，2023）

试验基地2DVD观测的汛期（蓝线），非汛期（绿线）和台风的平均雨滴谱分布。

（2）结合多源观测资料精细分析和高分辨率数值模拟，阐述了季风气流与复杂地形、城市热岛效应、海陆差异等局地因素的多尺度相互作用对华南暴雨发生发展及降水微物理特征的影响。揭示了珠三角喇叭口地形对局地气流的调制作用，以及惯性振荡引起的增强南风与局地环流相互作用对夜间对流触发演变的具体影响，深化对粤北地形暴雨中心成因的科学认识；揭示海岸地形与边界层向岸风的相互作用，及冷池出流与暖湿季风气流形成的中尺度边界持续触发新对流在华南沿岸暴雨形成与维持过程中的具体影响。（Li et al.，AR，2020；Yin et al.，MWR，2020；Li et al.，JGR, 2021；Li et al.，IEEE，2021；Pu et al.，RS，2022；Rao et al.，JGR，2022；Rao et al.，JGR，2023）

多尺度地形和季风环流相互作用触发夜间对流的概念图

（3）基于二维雨滴谱仪观测资料，建立相应双偏振雷达定量降水估测算法，构建双偏振雷达反演不同类型降水伽玛雨滴谱方案，优化双偏振雷达资料同化观测算子, 自主研发适用于双参云微物理方案的伽马雨滴谱高精度快速求解方法。（Liu et al.，JMR，2018；Liu et al.，JAMC，2021；Li et al.，JTM，2021；Liu et al.，JHM，2024）

新旧方案对降水强度和雷达反射率因子的计算效果对比

（4）基于二维雨滴谱仪和双偏振雷达等观测，评估了不同云微物理方案对华南暖区暴雨的模拟能力，发现雨滴自我收集/破碎过程是导致NSSL方案高估大粒子并形成极端雨强的主要微物理过程。定量评估七种云雨自动转化方案，不同方案的云雨自动转化率差异大。不同云凝结核浓度下各方案表现情况不同。云凝结核的增加，降低云雨自动转化效率，抑制雨滴形成，但有利于雪的淞附增长，进而抵消气溶胶对暖雨降水的抑制作用。（Xiao et al.，AAS，2020；Xiao et al.，AR，2021；Li et al.，QJRMS，2023）

不同粒径段雨滴对降水的贡献情况

业务贡献

试验基地研究团队依托基地野外科学试验观测资料和双偏振雷达业务探测资料，开展双偏振雷达资料深度应用研究，研发了双偏振雷达数据质控和组网方法，建立了双偏振雷达反演降水微物理特征参量方案，相关研究成果已经业务应用于中国气象局气象探测中心、国家气象信息中心、广东省人影中心和海南省气象台等多个业务部门，取得了较好的应用效果。

这其中，试验基地研究团队创新地提出了雷达数据质量指数，来定量表示用于降水估测的雷达数据质量情况，并基于此进行科学地组网和联合自动站订正降水，以获取最优的组网数据和订正得到更高精确度的降水产品。双偏振雷达质控、组网和定量降水估测等算法技术，被国家气象信息中心引入并业务应用到“基于快速流传输的双偏振雷达定量估测降水产品和降水相态产品系统(V1.0)”，同时被中国气象局气象探测中心分别引入并业务应用到“天气雷达拼图系统V3.0”。经检验评估，算法在两个系统中均表现出良好的运行效率和稳定性，准确率较之前的算法也有所提高。引入国家气象中心的算法在广东和北京地区进行应用，评估效果较好。中国气象探测中心评估该算法相比于单偏振雷达算法，准确率能提高7.12%。这为业务双偏振雷达更精确地监测强降水雨量提供了有力保障。

试验基地研究团队研发的双偏振雷达反演伽马雨滴谱方案和估算雨水/冰水含量方案，被广东省人工影响天气中心引进并业务应用。该方案能反演获得人影作业不同阶段降水微物理特征参数、降水垂直廓线、雨水和冰水含量等信息，为广东省人影作业及其效果评估提供有力的技术支撑。

试验基地研究团队研发的“双偏振天气雷达产品反演与组网融合系统”，包含了双偏振雷达数据质控、降水相态识别、近地面强对流概率识别、降水强度、多雷达组网融合拼图等功能，被海南省气象台引进和业务应用。经检验，该系统具有良好的运行效率和稳定性，为海南省灾害性强对流的监测、预警提供了有价值的信息。