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强对流天气频频来袭,我们如何未雨绸缪

来源:光明网-《光明日报》2021-08-19 04:25

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  作者:张涛(中央气象台首席预报员)

  7月和8月是防汛最关键的时期。今年入汛以来,强对流带来的灾害性天气屡屡造成人员伤亡,引发社会关注。

  “未雨绸缪”是中华民族几千年来人与自然灾害斗争中积累的宝贵经验。虽然天有不测风云,但在风云卫星、雷达等监测技术手段日新月异的今天,面对强对流天气能否利用信息化等科技手段,加强对风险的“监测―研判―预报―预警”,按照极端天气情况完善应急预案?极端暴雨天气来临时,城市和公众如何应对?本期我们请中央气象台首席预报员张涛讲解天气监测和气象预警知识;同时介绍深圳市气象局和湖南省气象局的防灾减灾经验。

  在我国,造成气象灾害的主要原因之一是极端天气,尤其是强对流天气。什么是强对流天气呢?主要是风雨雷电雹等天气现象的集合体。

  中国气象局日前公布的统计数据显示,本世纪以来,我国平均每年因气象灾害造成的直接经济损失高达2900亿元,可见气象灾害对人民生命财产安全造成了严重影响和威胁。

  那么,如何理解现代气象预报,气象防灾发挥的作用有多大?强对流天气来临之前,政府和公众如何未雨绸缪?

强对流天气频频来袭,我们如何未雨绸缪

7月29日,河南浚县,救援人员和群众一起加固大堤。新华社发

  1.强对流云系如“象群狂奔”

  古谚云:“早霞不出门,晚霞行千里。”又云:“日入胭脂红,无雨也有风。”

  古人观天象知天气,是靠日常生活经验观察。

  现代天气预报是一门科学,是基于科学的大气探测网体系、资料存储和传输体系、超级计算机数值模拟体系以及具有科学素养的人来综合做出的,气象卫星、雷达等为其构建了监测网。

  就如冰箱和互联网一样,天气预报是现代科技发展的成果之一,受益也受制于各方面科技的进展。

  具体天气的预报可靠性是有限的和变化的,并且不同类型的天气可预报性差异也极大。一般而言,冷季天气预报总体可靠性可以达到5~10天,暖季则3~5天可靠性就会大打折扣。大范围的天气现象可以较早预报(数日),局地性的天气现象有时候连提前几分钟都不可能。

  另外,某段时间、某片地区可能出现和具体时间、具体地点将要出现是完全不同的两个概念。比如,某天北京有雷阵雨,和某天下午2点某广场有雷雨这两种表述是根本不同的,前者提前数日也没问题,后者哪怕当天也很难可靠。

强对流天气频频来袭,我们如何未雨绸缪

8月6日,台风“卢碧”过境,福建多地遭遇强降雨。新华社发

  各类降雨的云系中,强对流的积雨云可以造就更密集的大雨滴。所以,绝大多数暴雨是由强对流造成的,还有雷电、阵风、冰雹、龙卷等。

  同一个对流体或者说同一块积雨云的不同位置造成的天气类型和强度是不尽相同的,典型的表现如“雹打一条线,风雨一大片”等,各处的风雨强度又是不均匀的。另外“山雨欲来风满楼”其实很好的形容了风一般比雨先到的特点。而龙卷这种只在单体某个位置产生的系统,一般直径只有几十米到几百米。

  由于强对流既可以单独个体带来天气,又可以单体的集群形式出现,因此强对流天气具体影响的时空、类型及强度都非常复杂。空间尺度可以从几十米到几千公里不等,时间尺度相应可有从几十秒到几天的变化的复杂局面。同一个过程,有的地方和风细雨,有的地方狂风暴雨,有的地方电闪雷鸣,有的地方冰雹龙卷。

  如果把单个强对流天气系统比喻为一头象,那么当强对流天气系统以大规模集群出现时,强对流天气云系就像是“象群狂奔”了。比如今年5月10日至11日的南方强对流天气,范围大且非常剧烈,好比一个狂奔的“象群”,自西向东从重庆、贵州一路跑到了浙江、江苏,影响了我国长江中下游广大地区。

  2.强对流天气预报:潜势预报和临近预警/警报

  气象部门发布的天气预报一般只说结果:主要包含了时间、地点、类型、强度等信息,核心就是天气落区,有时候就是一个地图上的“圈圈”。

  有时候吃瓜群众有话要说:小半个中国都圈进去了,时间跨了整整12个小时,就这?

  但是天气预报产品就是这样,这其实是个潜势预报:即强对流天气还没发生,但发生的可能性很大。

  从科学的角度,强对流天气系统的出现需要具备很多物理条件,这些数据会受观测和模拟的误差影响,还受尚不知道的某些因素影响。这些已经足以影响预报结果的准确度了。

  这是潜势预报的最主要的困难。即不论预报的把握大还是小,它只能是个可能,术语叫概率。

  强对流天气的潜势预报,一般可以提前几个小时到几天做出,可以说在大致的时间、大致的区域、大致的天气类型和强度,都有很高的可信度,但确实不能精准知道准确出现的时间和地方。

  潜势预报是没出现时预测其出现的可能性,已经出现或部分出现之后的预报就叫临近预报/警报。临近预(警)报的制作依赖于监测,一般 形式为发出蓝黄橙红四个级别的预警信号。

  颜色升级意味着天气的强度和影响范围越大。中央气象台的预警不管是什么颜色其实都是潜势预报,省市县三级地方台的各色预警信号,有的相当于临近预(警)报,有的类似潜势预报,这根据不同的天气情况和不同的发布单位而不同,省级的更接近于潜势预报,市县的更接近临近预报。

  临近预警很准吗?能提前多久?如果与潜势预报相比,当然是准太多了,因为已经看到了嘛。但与绝对意义上的精准相比,依然做不到,虽有规律但无定数。

  临近预(警)报一般是相对精准的,但这个时间只能提前几分钟到几个小时。如何做监测和临近预警?这个技术有一部分与潜势预报相通,我们目前主要通过天气雷达、气象卫星和加密的地面气象观测等资料来捕捉强对流天气,然后根据它的踪迹和周边物理条件预测其移动和生消演变。这里面其实有很多的困难,比如大网捞小鱼。

  大网捞小鱼是怎么回事?原则上,综合应用各种观测手段的优点,我们基本可以很准确监测。但是,每种观测手段都有其局限性和缺点。比如说,龙卷风直径一般只有几十米到几百米,我们看看各种最主要最强大的工具如何抓它。

  地面气象站:当前加密观测站的距离最近也相隔几公里(几十年前更是相距上百公里)以上。

  气象雷达:单说近视(分辨率),也就是雷达图像上一个像素点的大小所代表的实际空间大小,离雷达近的可以有几百米范围,离雷达远的有几公里甚至十几公里,像素点的标值其实是这一大片地方的平均值。

  气象卫星:能24小时盯着一个地方看的卫星叫静止气象卫星,但它在赤道上空三万六千公里,可见光图像一个像素点代表至少方圆1公里大。离得近的极轨气象卫星一个像素点倒是能到几米几十米了,但一般它一天只能看同一个地方两次,相隔12小时。

  龙卷风就是这些观测大网里面的漏网小鱼。这也就是如果没有目击,我们就只能通过调查灾情的特点来确认是否有龙卷风的原因。

  总之,强对流天气的预报大致分两步走两个类型。潜势预报:强对流天气系统尚未发生,它可能会在哪里发生?临近预警/警报:强对流天气系统已经发生或部分发生,它如何生消?会去哪里?是风雨雷电什么天气?什么强度?两者技术路线方法、准确度和时间提前量其实是大不相同的。

强对流天气频频来袭,我们如何未雨绸缪

7月暴雨期间,河南救援人员在转移滞留灾区的群众。新华社发

  3.今年洪涝灾害两大原因:罕见极端特大暴雨、灾区地形不利

  今年河南和湖北的特大暴雨天气过程,在有记录的气象历史上极其罕见。我找不到比“史上罕见的极端特大暴雨”,更合适准确的说法了。

  比如河南郑州,大幅度破纪录:(这里以20时-20时的国家站日雨量为准)原纪录是189.4毫米(1978年7月2日),本过程7月20日552.5毫米将原纪录提高到近3倍。

  部分地区大到暴雨,局地大暴雨:河南中北部400~600毫米,部分地区600~800毫米,局地近1000毫米(特大暴雨达标量为250毫米),这已经大大超过了当地的年均雨量。

  破全国纪录:7月20日16时至17时的1小时雨量郑州站201.9毫米,打破中国大陆小时雨强的原历史记录198.5毫米。

  一般的强降雨事件像“淋浴”,河南这次暴雨如“泡澡”。且不说“海绵城市”没有建好,即便建好的“海绵城市”,或许也只能应对“淋浴”,遇到“泡澡”的暴雨也大概率无能为力。大面积的短时间内发生的超强降雨,是造成灾难局面的主要原因。

  内陆冲积平原的地势是严重洪涝形成的第二个重要原因。

  河南这次遭遇极端降雨的区域,正好是黄河下游的起始段,千万年来黄河的洪水挟带黄土高原的大量泥沙,冲下中国地形第二阶梯后在地势平缓的下游地区铺开沉积,这就是黄河冲积平原的由来。

  我们都熟知的历史故事中,禹父鲧以堵治水失败,而大禹以开山疏导终于成功。但事实上,在季风降雨、大量泥沙和平坦地形三者的共同作用下,疏导是不可能单独成功的,疏堵结合才是治水的真实历史。

  千百年来黄河两面筑堤防洪,行洪河道不断淤积抬高,早在千百年前黄河就已经成为高出两岸的“地上悬河”,在一定条件下就决溢泛滥,改走新道。黄河下游河道迁徙变化的剧烈程度,在世界上是独一无二的。

  河南这次暴雨成灾,是在独一无二的地形上,短时间内降下的即便在季风气候史上也极其罕见的极端降雨。

  长江流域也是比较容易发生洪涝的地方。

  8月11日21时至8月12日9时,湖北随县柳林镇累计降雨503毫米;12日4时至7时降雨量达373.7毫米,5时、6时连续两个小时降雨量超过100毫米,均为有气象记录以来的极值。柳林镇镇区三面环山,成为洪水聚集地,后来平均积水深度达3.5米,最深处达5米。

  总的来看,我国不少地方的地形容易发生洪涝灾害,随着气候变化,极端暴雨越来越常见,各地需更加重视防灾减灾建设,未雨绸缪做好防汛工作。

  相关链接:

  目前,我国能提前38分钟发布强对流天气预警,比“十二五”末提高了16分钟;

  气象预报逐步从传统的天气气候预报预测向气象灾害风险预警延伸拓展。

  我国目前已建成由近7万个地面气象观测站、224部天气雷达、6颗风云气象卫星组成的立体综合观测体系;

  全国暴雨预警准确率达89%;

  台风路径预报24小时误差减小到70公里。

  《光明日报》( 2021年08月19日 16版)

[ 责编:白冰 ]
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