重磅新书 |《雷电天气系统原理和预报》

作者 郄秀书 等

书号 9787030737281

定价 310.00元

雷电（也称闪电）天气系统是产生雷电的一类剧烈的中小尺度雷暴或强对流天气过程。这些过程不仅产生雷电造成雷击灾害，也伴随暴雨、冰雹、大风，甚至龙卷风等灾害性强天气现象，造成严重的财产损失和人员伤亡。

目前，在全球气候变化背景下，这类强对流天气事件愈加频繁、激烈，精准的雷电天气预警预报面临着严峻挑战。随着我国综合国力不断增强和人民生活水平不断提高，从公众到各级决策者对精准的雷电天气预报的需求越来越强烈，而国内外对此类天气系统的科学认知还比较薄弱。所以，这一问题成了雷电气象工作者攻坚克难的一项重大任务。

在国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目“雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理”的资助下，来自中国科学院大气物理研究所、中国气象科学研究院、南京信息工程大学、中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、中国科学技术大学、兰州大学、成都信息工程大学、北京市城市气象研究所8家单位的60多位专家和研究生，对雷电重大灾害天气系统中的动力、微物理和电过程的相互作用与机理，雷电发生发展的物理机制和雷害机理，雷电资料在数值预报模式中的同化方法和雷电重大灾害天气系统的预警预报方法等方面开展了深入研究。

内容简介

《雷电天气系统原理和预报》以国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理”研究成果为基础，围绕雷电天气系统的动力、微物理、起电和雷电过程及其相互作用，从六个方面进行了系统阐述，包括雷电天气系统探测技术及协同观测、雷电天气系统的动力过程与闪电活动、雷电天气系统的云微物理过程及其对电过程的影响、雷暴云内电荷分布及对闪电放电特征的影响、雷电发展传输的物理过程及其成灾机理，以及雷电观测资料同化及监测预警方法。

一方面，从基础科学层面，系统总结不同类型雷电天气系统活动规律，增进了对雷电宏微观特征和物理机制的认识；另一方面，从应用研究层面，详细介绍高精度雷电全闪三维定位技术、雷暴云内三维电场和气象探空技术、雷电资料在数值天气预报中的同化方案、雷电天气系统的预报技术等。

院士荐语一

雷电天气系统产生剧烈大气放电现象，伴随的强对流天气具有突发性强、发展迅速和局地性等特征，常常造成严重人员伤亡和巨大财产损失。目前，在全球气候变化背景下，这类强对流天气事件愈加频繁、激烈，精准的雷电天气预警预报面临着严峻挑战。随着我国综合国力不断增强和人民生活水平不断提高，从公众到各级决策者对精准的雷电天气预报的需求强烈，而国内外对此类天气系统的科学认知还比较薄弱。所以，这一问题成了雷电气象工作者攻坚克难的一项重大任务。

近十余年来，随着大气探测高新技术的发展，尤其是多普勒双线偏振雷达和雷电探测技术的迅速发展，使得雷电天气系统的动力场、微物理结构、雷电和降水等物理量的同步观测成为可能。在雷电和中小尺度强对流天气监测和预报的国家重大需求牵引下， 2013 年科技部支持启动了国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目“雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理”。项目组建了一支来自中国科学院、中国气象局和多所大学，融合大气电学、中尺度气象学、云降水物理学、边界层物理学等学科交叉的研究团队，围绕雷电天气系统的动力、微物理和电过程及其相互作用和机理，雷电过程的发展传输特征、机制与成灾机理，雷电、雷达观测资料同化及雷电天气系统的预警预报方法等问题开展了系统研究，取得了若干重要进展。

《雷电天气系统原理和预报》一书全面总结了该项目在雷电天气系统基础科学和应用研究方面的最新成果。在基础科学层面，系统总结了不同类型雷电天气系统活动规律， 增进了对雷电宏微观特征和物理机制的认识；在应用研究层面，详细介绍了高精度雷电全闪三维定位技术、雷暴云内三维电场和气象探空技术、雷电资料在数值天气预报中的同化方案、雷电天气系统的预报技术等。研究成果从整体上提升了对雷电和强对流灾害性天气的认知水平，也极大地推进了对灾害性强对流天气高时空分辨率的监测、预警、预报和灾害防御能力。该书的内容体现了我国在该领域研究的最高水平，特别是在雷电物理与探测、雷暴云数值模拟、雷电资料同化方法和雷电天气系统的预警预报方法等方面的研究成果已跻身国际前列。项目组提出的协同观测方案和发现的若干新现象既更新了对中小尺度灾害性天气系统的传统探测方法和科学认知，也为该领域的研究方向提供了新视野、新方法，具有引领作用。

该书领衔作者郄秀书研究员是一位优秀的大气电学专家。2018 年以来，她作为国际大气电学委员会（ICAE）主席，为促进全球大气电学科学家的交流与合作，推动大气电学前沿研究和探测技术的发展，做了大量工作，促进了学科的发展。

该书站在学科前沿，集合了我国大气科学多学科研究者的智慧，系统总结了“973” 项目的研究成果，内容丰富，结构严谨，条理清晰，融入了作者们的学术思想，对中小尺度灾害性天气的研究前沿做了充分的论述，是一本难得的优秀著作，可为从事大气物理学、气象学、大气探测等相关领域的科研和业务人员提供参考。

相信该书的出版将为提升我国大气电学和中小尺度灾害性天气的预报水平，进一步提升我国在该领域的国际地位起到积极作用。

中国科学院院士

2023 年 4 月 11 日

于海南岛

院士荐语二

雷暴天气系统是一种中小尺度高影响天气，短时强降水、冰雹、雷电、大风、龙卷风等多种强对流灾害现象常常相伴而生，具有成灾迅速、局地性强、破坏力大的特点。二十一世纪以来，随着电子技术的快速发展，特别是得益于天气雷达技术的进步和计算机数值模拟技术的发展与普及，对云和降水系统已经有了深入的了解，由此推动了中尺度气象学的长足进步。但是，雷暴天气系统中存在着复杂多变的动力、微物理、起电和放电等多种过程及其相互作用，对这些过程的综合探测和定量认识还存在很大困难，中小尺度雷电天气过程的准确预报仍然是世界性难题。

常规气象观测只能提供大尺度的气象信息，不能为中小尺度数值预报提供初始场， 天气雷达能够提供常规气象探测无可比拟的时间和空间分辨率，是研究中小尺度天气系统的重要手段。多普勒双线偏振雷达具有识别云和降水粒子相态变化和观测风场结构的能力，可获取对流系统中的宏微观结构和动力场演化特征。雷电三维定位不仅可以探测强对流天气系统中的雷电频数，还能以高时空分辨率确定雷电在云内的发生发展过程， 与多普勒双线偏振雷达结合有可能揭示雷电与云微物理、动力和降水之间的关系，从而提升对流性灾害天气的预报能力。国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目“雷电重大灾害天气系统的动力-微物理-电过程和成灾机理”充分利用这些先进的探测手段， 在雷暴天气系统研究方面取得了诸多原创性研究成果。

《雷电天气系统原理和预报》系统总结了该“973”项目在雷暴天气系统研究方面的最新成果。该书面向雷电灾害天气系统的前沿科学问题以及灾害防治的国家重大需求， 详细介绍了研究团队在京津冀大城市群区域建立的高精度雷电探测和三维定位网BLNET，研发的雷暴云内三维电场探空技术，以及基于这些先进技术和多普勒双线偏振雷达，并充分利用气象业务观测网，在北京开展的雷电灾害天气系统综合协同观测实验；详细探讨了雷暴天气系统的动力、微物理和雷电过程以及它们之间的内在联系和相互影响；基于人工引发雷电实验和高塔雷电观测，研究了雷电发展传输的详细物理机制和雷电成灾机理；发展了雷电资料同化方案并实现了在中尺度数值预报模式中的应用，显著改进了强降水的短临预报；同时，实现了雷电在中尺度数值预报模式中的参数化，建立了雷电灾害天气的预警预报系统。

该书内容涉及大气探测、中小尺度动力学、大气电学、云降水物理学等大气科学多个学科的交叉研究，是对我国在雷暴天气系统研究方面最新成果的系统总结。该书特别关注雷电、雷达以及探空等探测技术的现代化及其协同观测，重视强对流天气系统中动力、微物理和雷电等多过程的相互作用。该书的出版是雷暴天气系统研究的里程碑，既为推动我国中小尺度气象学领域的多学科交叉研究奠定重要科学基础，也将为我国强对流灾害性天气的业务发展提供有益的启迪。

该书的领衔作者郄秀书研究员现任国际大气电学委员会主席，主要写作团队张大林教授、张义军教授、银燕教授等也都是在国际上各自领域有重要影响力的科学家， 该书的作者还包括余晔研究员、陆高鹏教授、蒋如斌研究员等年轻科学家。该书的出版不仅将为我国灾害性天气的研究提供有益的参考，也将有助于提高我国在该领域的国际地位。

中国科学院院士、中国气象学会理事长

2023 年 3 月

于南京

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作者介绍

郄秀书，中国科学院大气物理研究所研究员，中国科学院大学岗位教授，国际大气电学委员会（ICAE）主席。主要从事雷电物理和大气电学研究，在雷电物理机制、雷暴物理与电离层耦合、雷电与强对流灾害性天气等方面取得了系统性创新成果。出版著作3部，发表论文300余篇。曾任国家“863”计划专家组成员、国家“973”项目首席科学家。先后获中国青年科技奖、中国“十大女杰”、全国三八红旗手、中国科学院优秀导师等荣誉称号，2003年获国家杰出青年基金资助，作为第一完成人获省部级科技奖励一、二等奖3项。组织主办国际学术会议2次。目前担任Journal of Geophysical Research: Atmospheres杂志Editor，Atmospheric Research杂志Associate Editor，以及大气科学、Advances in Atmospheric Sciences、Journal of Meteorological Research等多个国内刊物副主编或编委。

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*本文摘自《雷电天气系统原理和预报》（ISBN:9787030737281），内容有删减改动，标题为编者所加。

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