減輕自然災害，氣象科技如何“跑贏”天災？

今年10月8日，應急管理部會同自然資源部、中國氣象局等相關(guān)部門和單位，對2023年前三季度全國自然災害情況進行了會商分析。

前三季度，我國自然災害形勢復雜嚴峻，以洪澇、干旱、臺風、風雹和地質(zhì)災害為主，低溫冷凍和雪災、地震、沙塵暴、森林草原火災等也有不同程度發(fā)生。各種自然災害共造成8911.8萬人次不同程度受災和巨大的經(jīng)濟損失。

圖源：版權(quán)圖庫

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防災減災的第一道防線

在各類災害中，洪澇是對人類生命財產(chǎn)安全危害最大，對經(jīng)濟社會發(fā)展穩(wěn)定影響最廣的自然災害之一?！?】強降水作為一種氣象災害，是洪水泛濫的直接原因，并且會引發(fā)山洪、滑坡、泥石流等次生災害，因此及時有效地發(fā)布暴雨、強對流等氣象災害預警信號是防災減災工作成敗的關(guān)鍵，氣象科技是筑牢防災減災第一道防線的力量源泉。

02

“千里眼”和“順風耳”

為要做好暴雨和強對流等災害天氣的預報預警，首先需要“眼觀六路，耳聽八方，明察秋毫，知己知彼”，而氣象衛(wèi)星和氣象雷達就是天氣預報員最主要的“千里眼”和“順風耳”。

自1988年我國成功發(fā)射第一顆風云衛(wèi)星至2023年4月16日風云三號G星搭乘長征四號乙遙五十一運載火箭順利升空，目前我國已發(fā)射21顆氣象衛(wèi)星，其中9顆在軌運行，分別實現(xiàn)了極軌衛(wèi)星和靜止衛(wèi)星的業(yè)務化運行。風云氣象衛(wèi)星探測資料為臺風、暴雨、冰雹、龍卷風等災害性天氣的監(jiān)測提供了有力的支撐，尤其在對暴雨、冰雹、龍卷等中小尺度天氣系統(tǒng)監(jiān)測中，靜止衛(wèi)星高頻次、高分辨率的觀測云圖動畫可以“偵察”到中小尺度天氣的起源、運動和發(fā)展過程，為中小尺度天氣系統(tǒng)提供即時預報。同時，基于衛(wèi)星遙感監(jiān)測到的中尺度云團其尺度、持續(xù)時間和形狀可對暴雨云團進行分類判識，以及對流云團判識和冷區(qū)追蹤，有助于天氣監(jiān)測和預報更加準確及時?！?】

臺風“杜蘇芮”云系

圖片來源：風云四號B星 國家衛(wèi)星氣象中心

氣象雷達對災害性天氣過程的探測同樣具有不可或缺的作用，其中天氣雷達是對大氣、云及降水物理探測的主要手段。目前我國建成的新一代多普勒天氣雷達主要為S、C兩種適合觀測雨滴的電磁波波段，東部多雨地區(qū)以S波段天氣雷達為主，西部地區(qū)以C波段天氣雷達為主。氣象雷達波形設計主要目的是根據(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對流天氣的深厚對流信息?！?】氣象學家結(jié)合環(huán)流條件和災害機理對雷達回波圖進行分析，總結(jié)了諸如“有界弱回波區(qū)”“弓形回波”“鉤狀回波”等特征，用以判識超級單體、颮線等強對流天氣系統(tǒng)，進而對暴雨、冰雹、雷暴大風及龍卷等災害性天氣做出更加精準的預報。【4】如今，隨著雙偏振探測技術(shù)和相控陣探測技術(shù)逐漸完善，高時空分辨率和粒子形態(tài)探測能力日益加強，能夠揭示風暴內(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將成為新的發(fā)展方向。

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氣象預報預警——防災減災的“發(fā)令槍”

當預報員通過多種手段收集到豐富的天氣資料并對重大災害性天氣有了初步預見后，對于暴雨、強對流等災害性天氣形成機理和預報方法的科技成果將幫助我們打響防災減災的“發(fā)令槍”。

暴雨研究在我國大氣科學研究中具有舉足輕重的地位。影響中國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、西南低渦以及近來愈發(fā)引人關(guān)注東北冷渦等。針對與東亞夏季風環(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)耦合下的華北短時強對流和強降水、東北冷渦背景下的東北暴雨、西南低渦引發(fā)的西南暴雨以及臺風/熱帶氣旋登陸時造成的極端暴雨災害，氣象學家深入研究了它們的環(huán)流背景、動力與熱力結(jié)構(gòu)、觸發(fā)條件和時空變化特征，總結(jié)得到的暴雨理論為暴雨預報預警業(yè)務夯實科研基礎?！?】

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我國數(shù)值預報起步較早，數(shù)值預報業(yè)務化進展也很快。葉篤正和曾慶存等老一輩科學家指導并推動了中國數(shù)值天氣預報的發(fā)展，并且在數(shù)值天氣預報模式發(fā)展的數(shù)學物理基礎問題方面做出了重要貢獻?！?】今天，為了定量估計大氣預報不確定性，一種新型的暴雨數(shù)值預報方法—集合預報蓬勃發(fā)展，隨著算法不斷優(yōu)化，暴雨預報業(yè)務從“主觀天氣過程預報”發(fā)展到“主、客觀融合的定量降水預報”，并向包含預報不確定性信息的定量降水概率預報發(fā)展，一些暴雨事件的預報預警時效得到顯著提高。未來，百米級氣象數(shù)值模型的完善需要更精密完備的觀測資料以及相應的資料同化技術(shù)和物理參數(shù)化方案，【7】道阻且長，行之將至。

時至今日，盡管公眾仍然時有“天氣預報不準”的刻板印象，然而，在大家的戲謔中氣象科技的發(fā)展使得災害性天氣預報信息和氣象災害預警信號的準確率和時效性得到極大提高，并使其能夠轉(zhuǎn)化為各級政府和社會公眾的防災減災行動力。“同自然災害抗爭是人類生存發(fā)展的永恒課題”，我們?nèi)孕柰晟频念A警體系、提高災害應急響應速度、加強災害風險管理，用科技和智慧不斷提高自身和全社會的防災減災能力。

參考文獻：

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

【2】高浩,唐世浩,韓秀珍.風云氣象衛(wèi)星發(fā)展及其應用[J].科技導報,2021,39(15):9-22.

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

【4】 俞小鼎,鄭永光.中國當代強對流天氣研究與業(yè)務進展[J].氣象學報,2020,78(03):391-418.

【5】羅亞麗,孫繼松,李英等.中國暴雨的科學與預報：改革開放40年研究成果[J].氣象學報,2020,78(03):419-450.

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

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

作者：嚴俊 遼寧省氣象災害監(jiān)測預警中心工程師

陳正洪 中國氣象局氣象干部培訓學院正高級工程師