減輕自然災(zāi)害，氣象科技如何“跑贏”天災(zāi)？

今年10月8日，應(yīng)急管理部會(huì)同自然資源部、中國(guó)氣象局等相關(guān)部門(mén)和單位，對(duì)2023年前三季度全國(guó)自然災(zāi)害情況進(jìn)行了會(huì)商分析。

前三季度，我國(guó)自然災(zāi)害形勢(shì)復(fù)雜嚴(yán)峻，以洪澇、干旱、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)雹和地質(zhì)災(zāi)害為主，低溫冷凍和雪災(zāi)、地震、沙塵暴、森林草原火災(zāi)等也有不同程度發(fā)生。各種自然災(zāi)害共造成8911.8萬(wàn)人次不同程度受災(zāi)和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

圖源：版權(quán)圖庫(kù)

01

防災(zāi)減災(zāi)的第一道防線

在各類災(zāi)害中，洪澇是對(duì)人類生命財(cái)產(chǎn)安全危害最大，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展穩(wěn)定影響最廣的自然災(zāi)害之一。【1】強(qiáng)降水作為一種氣象災(zāi)害，是洪水泛濫的直接原因，并且會(huì)引發(fā)山洪、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，因此及時(shí)有效地發(fā)布暴雨、強(qiáng)對(duì)流等氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)是防災(zāi)減災(zāi)工作成敗的關(guān)鍵，氣象科技是筑牢防災(zāi)減災(zāi)第一道防線的力量源泉。

02

“千里眼”和“順風(fēng)耳”

為要做好暴雨和強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警，首先需要“眼觀六路，耳聽(tīng)八方，明察秋毫，知己知彼”，而氣象衛(wèi)星和氣象雷達(dá)就是天氣預(yù)報(bào)員最主要的“千里眼”和“順風(fēng)耳”。

自1988年我國(guó)成功發(fā)射第一顆風(fēng)云衛(wèi)星至2023年4月16日風(fēng)云三號(hào)G星搭乘長(zhǎng)征四號(hào)乙遙五十一運(yùn)載火箭順利升空，目前我國(guó)已發(fā)射21顆氣象衛(wèi)星，其中9顆在軌運(yùn)行，分別實(shí)現(xiàn)了極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化運(yùn)行。風(fēng)云氣象衛(wèi)星探測(cè)資料為臺(tái)風(fēng)、暴雨、冰雹、龍卷風(fēng)等災(zāi)害性天氣的監(jiān)測(cè)提供了有力的支撐，尤其在對(duì)暴雨、冰雹、龍卷等中小尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中，靜止衛(wèi)星高頻次、高分辨率的觀測(cè)云圖動(dòng)畫(huà)可以“偵察”到中小尺度天氣的起源、運(yùn)動(dòng)和發(fā)展過(guò)程，為中小尺度天氣系統(tǒng)提供即時(shí)預(yù)報(bào)。同時(shí)，基于衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)到的中尺度云團(tuán)其尺度、持續(xù)時(shí)間和形狀可對(duì)暴雨云團(tuán)進(jìn)行分類判識(shí)，以及對(duì)流云團(tuán)判識(shí)和冷區(qū)追蹤，有助于天氣監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)更加準(zhǔn)確及時(shí)。【2】

臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”云系

圖片來(lái)源：風(fēng)云四號(hào)B星 國(guó)家衛(wèi)星氣象中心

氣象雷達(dá)對(duì)災(zāi)害性天氣過(guò)程的探測(cè)同樣具有不可或缺的作用，其中天氣雷達(dá)是對(duì)大氣、云及降水物理探測(cè)的主要手段。目前我國(guó)建成的新一代多普勒天氣雷達(dá)主要為S、C兩種適合觀測(cè)雨滴的電磁波波段，東部多雨地區(qū)以S波段天氣雷達(dá)為主，西部地區(qū)以C波段天氣雷達(dá)為主。氣象雷達(dá)波形設(shè)計(jì)主要目的是根據(jù)天氣系統(tǒng)不同結(jié)構(gòu)特性、水平尺度與垂直尺度等因素，獲得從晴空大氣到降水和強(qiáng)對(duì)流天氣的深厚對(duì)流信息。【3】氣象學(xué)家結(jié)合環(huán)流條件和災(zāi)害機(jī)理對(duì)雷達(dá)回波圖進(jìn)行分析，總結(jié)了諸如“有界弱回波區(qū)”“弓形回波”“鉤狀回波”等特征，用以判識(shí)超級(jí)單體、颮線等強(qiáng)對(duì)流天氣系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)暴雨、冰雹、雷暴大風(fēng)及龍卷等災(zāi)害性天氣做出更加精準(zhǔn)的預(yù)報(bào)?！?】如今，隨著雙偏振探測(cè)技術(shù)和相控陣探測(cè)技術(shù)逐漸完善，高時(shí)空分辨率和粒子形態(tài)探測(cè)能力日益加強(qiáng)，能夠揭示風(fēng)暴內(nèi)部的微物理結(jié)構(gòu)特征的雙偏振有源相控陣天氣雷達(dá)將成為新的發(fā)展方向。

03

氣象預(yù)報(bào)預(yù)警——防災(zāi)減災(zāi)的“發(fā)令槍”

當(dāng)預(yù)報(bào)員通過(guò)多種手段收集到豐富的天氣資料并對(duì)重大災(zāi)害性天氣有了初步預(yù)見(jiàn)后，對(duì)于暴雨、強(qiáng)對(duì)流等災(zāi)害性天氣形成機(jī)理和預(yù)報(bào)方法的科技成果將幫助我們打響防災(zāi)減災(zāi)的“發(fā)令槍”。

暴雨研究在我國(guó)大氣科學(xué)研究中具有舉足輕重的地位。影響中國(guó)暴雨的重要天氣系統(tǒng)有低空急流、副熱帶高壓、鋒面、熱帶氣旋、西南低渦以及近來(lái)愈發(fā)引人關(guān)注東北冷渦等。針對(duì)與東亞夏季風(fēng)環(huán)流關(guān)系密切的華南前汛期暴雨、梅雨鋒維持的江淮梅雨、多尺度系統(tǒng)耦合下的華北短時(shí)強(qiáng)對(duì)流和強(qiáng)降水、東北冷渦背景下的東北暴雨、西南低渦引發(fā)的西南暴雨以及臺(tái)風(fēng)/熱帶氣旋登陸時(shí)造成的極端暴雨災(zāi)害，氣象學(xué)家深入研究了它們的環(huán)流背景、動(dòng)力與熱力結(jié)構(gòu)、觸發(fā)條件和時(shí)空變化特征，總結(jié)得到的暴雨理論為暴雨預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)夯實(shí)科研基礎(chǔ)?！?】

圖源：版權(quán)圖庫(kù)

我國(guó)數(shù)值預(yù)報(bào)起步較早，數(shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)化進(jìn)展也很快。葉篤正和曾慶存等老一輩科學(xué)家指導(dǎo)并推動(dòng)了中國(guó)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展，并且在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)模式發(fā)展的數(shù)學(xué)物理基礎(chǔ)問(wèn)題方面做出了重要貢獻(xiàn)?！?】今天，為了定量估計(jì)大氣預(yù)報(bào)不確定性，一種新型的暴雨數(shù)值預(yù)報(bào)方法—集合預(yù)報(bào)蓬勃發(fā)展，隨著算法不斷優(yōu)化，暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)從“主觀天氣過(guò)程預(yù)報(bào)”發(fā)展到“主、客觀融合的定量降水預(yù)報(bào)”，并向包含預(yù)報(bào)不確定性信息的定量降水概率預(yù)報(bào)發(fā)展，一些暴雨事件的預(yù)報(bào)預(yù)警時(shí)效得到顯著提高。未來(lái)，百米級(jí)氣象數(shù)值模型的完善需要更精密完備的觀測(cè)資料以及相應(yīng)的資料同化技術(shù)和物理參數(shù)化方案，【7】道阻且長(zhǎng)，行之將至。

時(shí)至今日，盡管公眾仍然時(shí)有“天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)”的刻板印象，然而，在大家的戲謔中氣象科技的發(fā)展使得災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)信息和氣象災(zāi)害預(yù)警信號(hào)的準(zhǔn)確率和時(shí)效性得到極大提高，并使其能夠轉(zhuǎn)化為各級(jí)政府和社會(huì)公眾的防災(zāi)減災(zāi)行動(dòng)力。“同自然災(zāi)害抗?fàn)幨侨祟惿姘l(fā)展的永恒課題”，我們?nèi)孕柰晟频念A(yù)警體系、提高災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)速度、加強(qiáng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理，用科技和智慧不斷提高自身和全社會(huì)的防災(zāi)減災(zāi)能力。

參考文獻(xiàn)：

【1】應(yīng)急管理部發(fā)布2023年前三季度全國(guó)自然災(zāi)害情況--中華人民共和國(guó)應(yīng)急管理部 (mem.gov.cn)

【2】高浩,唐世浩,韓秀珍.風(fēng)云氣象衛(wèi)星發(fā)展及其應(yīng)用[J].科技導(dǎo)報(bào),2021,39(15):9-22.

【3】李柏.中國(guó)氣象雷達(dá)技術(shù)發(fā)展及面臨的挑戰(zhàn)[J].氣象科技進(jìn)展,2022,12(05):37-46.

【4】 俞小鼎,鄭永光.中國(guó)當(dāng)代強(qiáng)對(duì)流天氣研究與業(yè)務(wù)進(jìn)展[J].氣象學(xué)報(bào),2020,78(03):391-418.

【5】羅亞麗,孫繼松,李英等.中國(guó)暴雨的科學(xué)與預(yù)報(bào)：改革開(kāi)放40年研究成果[J].氣象學(xué)報(bào),2020,78(03):419-450.

【6】陳正洪.氣象科學(xué)技術(shù)通史（下冊(cè)）[M]. 北京: 氣象出版社, 2020:697-700.

【7】 馬小嬌,陳敏,黃向宇等.百米級(jí)氣象數(shù)值模擬研究進(jìn)展與展望[J].地球物理學(xué)報(bào),2023,66(05):1911-1930.

作者：嚴(yán)俊 遼寧省氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警中心工程師

陳正洪 中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院正高級(jí)工程師