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暴雨预报难在哪里?

发布日期: 2022-05-16 09:31:25    字体: [大] [中] [小]

对于降雨的落区问题,中央气象台首席预报员陈涛此前形象地打过比方,就像从半空中向地面泼一盆水,计算机可以模拟出大体有哪些地方会被打湿,但因为水滴不是均匀落在地面,而我们也无法模拟每颗水滴的下落情况,要想精准判断地面每个点上被打湿的“程度”,就存在极大挑战。暴雨是不同时间尺度、空间尺度影响系统相互作用的结果,比如当地的能量、水汽输送等,这就好比用鱼网捕鱼,孔大了就捕捉不到小的鱼。

简单来说,气象部门预报有暴雨,是基于诸多有利条件出现暴雨的判断,但也会有不利因素存在,可能导致不下雨或雨小。

近期广东普降暴雨,其中出现个小插曲:气象部门提前预报广州在11日将有暴雨,但当日白天广州中心城区降雨并不明显。气象部门释疑,这是暴雨预报一直以来的难题:落区。而在12日—13日,广州普降暴雨,预报应验。

事实上,关于暴雨预报产生的“乌龙”近年来时有发生,比如2020年8月12日北京预报当天降雨从早上8时开启,结果暴雨到了下班时间才大起来。

究竟什么是暴雨落区?暴雨预报难在哪里?南方日报记者专访省气象台首席预报员梁巧倩。

3类暴雨叠加形成让预测变得更难

在落区的预报上,往往会存在不同区域降雨差距很大的可能性,给人“预报不准”的误解。

“暴雨落区”是指暴雨要下在的地方,其实包含了暴雨和落区两个难题。

暴雨是气象部门对降水强度进行描述的词,一般是指24小时内,出现50毫米以上的降雨,达到100毫米—250毫米是大暴雨,250毫米以上是特大暴雨。

“这是一种极端性降水,相比50毫米以下的大雨、中雨等,暴雨是一种小概率事件,预报一个小概率事件本身就很难,更别说具体下在哪个地方。”梁巧倩指出,在落区的预报上,往往会存在不同区域降雨差距很大的可能性。以这次广州11日—13日的暴雨预报为例,气象部门考虑的是整个广州行政区,在11日北部的从化区、南部的南沙区下起暴雨,从化区甚至发布暴雨红色预警信号,但广州的中心城区白天降雨一直不明显,也给人“广州没下雨,预报不准”的误解。

而且一次具体的暴雨过程也是相当复杂的。梁巧倩介绍,此次广东暴雨就由暖区暴雨、季风雨、锋面雨3类暴雨叠加形成。

5月6日前后,气象部门初步判断在10日—12日,全省处于低气压槽中,被暖空气控制,且高层有气流波动,容易形成暖区暴雨。但此时气象部门预测季风性质的暖湿气流加强时间不确定性很大,因此最初预报的降雨主要区域在广东中北部地区。

随着时间进一步推进,气象部门监测发现季风增强,印度洋的孟加拉湾风暴爆发,大量暖湿气流被甩入广东,季风性降雨将明显增强,因此调整扩大降雨区域至全省、调强考虑降水的极端情况。

而在13日左右,新一股冷空气又进入广东,冷暖空气交汇,形成的锋面暴雨让这次降雨更加复杂。

“本来单个暖区暴雨的落区已经很不确定,再叠加季风、冷空气,形象理解就是多股力量相互拉扯,哪股力量强,降雨的落区和强度就更受这股力量影响,因此预报变得更难。”梁巧倩表示。

事实上,天气是一个混沌系统,因为大气的动力和热力条件、水汽含量、对流不稳定条件等诸多因素,在不同的时效上,都会对降水落区、强度造成影响,这也是全球大气科学领域内的公认难题。

当前对暴雨形成机理的认知不足

暴雨的极端性、形成机理认识不足、计算机描述偏差等,都有可能影响预报的准确性。

暴雨预报难的另一个原因,是对暴雨形成机理的认知存在不足。

梁巧倩介绍,暴雨预报是在了解各种暴雨形成机理的基础上,综合分析暴雨发生的有利和不利条件,进而做出预报。

一般暴雨形成需要有动力抬升机制,比如西风槽前动力强、冷暖对峙的锋面抬升等。还要有水汽条件,以及大气的不稳定能量等。围绕这些发生机制,根据监测与预测的天气要素数据,分析判断哪些地方有暴雨发生的可能性。

在这一过程中,对暴雨形成机制的认知和相关天气要素预测很大程度决定了暴雨预报的准确性。

“暴雨的形成机理很复杂,是多尺度(包含行星尺度、天气尺度、中小尺度等)大气运动的结果。对于各种尺度天气系统的演变和物理机制,目前的认知都存在一些不足。”梁巧倩表示,具体到某种降雨类型的形成机制时,“例如暖区暴雨仍有很多难点,这也是当下的研究热点。”

暖区暴雨是指在暖气团控制下,没有冷空气参与却出现的暴雨,低空急流(对流层低层或边界层发生水平风速最大值的现象)就是暖区暴雨发生的重要天气系统之一,随着对其研究的深入和成果应用,华南暖区暴雨的预报准确率较以前有了很大提高,但仍有很多科学问题不清楚,因此预报仍然会存在偏差。

另一个问题是监测和数值预报存在不足。

暴雨是不同时间尺度、空间尺度影响系统相互作用的结果,需要在一定的空间和时间范围内,对与暴雨有关的各方面条件和资料进行全面分析。

梁巧倩介绍,比如雷达监测到肇庆、佛山有降雨云团出现,云团是否继续发展、往哪个方向移动,这些受外围大气环境场和云团内部发展传播情况影响,其中有很多中小尺度的因素,比如当地的能量、水汽输送等。

“就好比用鱼网捕鱼,孔大了就捕捉不到小的鱼。”梁巧倩说,目前监测的信息更多是针对天气尺度的,而对直接造成暴雨的中小尺度要素观测并不充分,也会给预报带来偏差,“比如预测的是云团往广州来,结果去到清远,这样也就产生了预报落区偏差问题。”

另一方面,当前的天气预报以超级计算机计算的数值预报为基础,就是将各类设备监测到的气温、气压、风速等要素输入计算机,然后通过算法测算出未来几天的各种天气要素,预报员再根据这些信息进行预报。

“数值模式的计算,一方面因时空精度原因,初始输入的观测数据对大气真实状态的描述存在一定偏差。另一方面,给计算机的物理公式是基于我们对大气的认识得出,但目前这一认识仍有不足,所以计算结果也有误差。”梁巧倩说,比如广东此次降雨过程中,因为有不同类型的暴雨,计算机的结果也在不断变化,“所以预报员拿到结果后,还要根据天气的实际发展进行订正,得出的预报也不断变化。”

应该用发展的眼光看待气象学科的发展

随着科技的不断发展,能看到预报更精准的希望,比如这几年广东对暖区暴雨预报的准确率就在逐步提高。

事实上,天气预报的用语与公众的理解之间也存在误解和偏差。比如前述的对暴雨的气象定义、从行政区域着眼的预报术语等,都与公众的直观感受不完全吻合。此外,公众对预报的部分误读,也与气象学科的发展历史有关。

气象业务上规定对降雨的预报以24小时累积雨量为基准,梁巧倩介绍,随着学科发展以及防灾要求的提高,越来越重视短时间的极端降水,在预报时常会表述为“某地有暴雨并伴随局地短时强降水”,这就是告诉公众这一天会累积到很大的降雨量,并可能其中几个小时下得特别大,“未来随着学科发展、精准防灾减灾要求提升,关于降雨的描述会更加精细,减少这种误读。”

另外,由于天气过程的不断变化,天气预报会滚动修订,往往时间越接近越准确,因此公众也要更关注滚动预报。

“预报是基于当前气象科学发展水平对未来的预测,有诸多不确定性,不可能100%准确。”梁巧倩表示,并且目前做出的预报是确定性预报,“不会说某地有百分之多少的概率出现暴雨,这也容易导致公众理解某地一定会出现暴雨。”

所以当气象部门预报广州有暴雨时,是基于对广州有诸多有利条件出现暴雨的判断,但也会有不利因素存在,可能导致不下雨或雨小。

“但我们做预报时会考虑致灾性,当预报广州有暴雨,是气象部门认为存在这种危险,公众看到这种预报时,要提高防灾的警惕性,提早准备,规避风险。”梁巧倩说。

而对于暴雨预报准确性的讨论,梁巧倩认为,应该用发展的眼光看待气象学科的发展。

“以暖区暴雨为例,五六十年代时广东也有暖区暴雨,但我们不认识它,预报不准。有老预报员说‘我们根本看不见有任何能导致降雨的天气系统,但就下了大暴雨。’”梁巧倩说,随着技术发展、观测手段提升,人们开始认识这个现象,并提出“暖区暴雨”的概念,此后几十年时间里一直都在研究。

但对于引发暴雨的各类天气系统,目前的认知还主要在天气尺度范围,而颗粒度更细的中小尺度内容,比如对流雨团的生消、维持、次级动力环流等还不甚了解。

“比如将低空急流比作一个面包,我们现在认识了面包的整体样子,但对面包里面有多少孔洞、孔洞长什么样就认识不足了,所以要继续深入了解面包里小尺度的内容。”梁巧倩说,随着将不断增加的认识加入计算机软件中,这几年广东对暖区暴雨预报的准确率也逐步提高。

而透过暴雨预报,我们也更应该看到人在大自然面前的渺小,在敬畏自然的同时发挥主观能动性,认识自然,规避灾害风险。 (南方日报记者 张子俊  通讯员 王天巍)

南方日报:https://epaper.southcn.com/nfdaily/html/202205/16/content_10018150.html

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