✪ 李澤椿、諶蕓、張芳華

 

孫軍、王月冬、符嬌蘭、于超

國(guó)家氣象中心

【導(dǎo)讀】自7月中旬以來，我國(guó)多地持續(xù)面臨強(qiáng)降雨風(fēng)險(xiǎn)，災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)報(bào)道，7月20日，河南鄭州等多地降雨量突破歷史極值，甚至達(dá)到“千年一遇”水平，災(zāi)害之嚴(yán)重，令全國(guó)人民揪心。中原大地，飽經(jīng)滄桑，歷史上發(fā)生在河南地區(qū)的水患不計(jì)其數(shù)。1975年8月，河南地區(qū)即創(chuàng)下6小時(shí)降雨量830mm的世界極值。自"75·8"暴雨之后，我國(guó)不斷完善氣象觀測(cè)系統(tǒng)與觀測(cè)能力，但暴雨危害仍在持續(xù)增加。本文由16歲時(shí)(1952年)就參軍入伍學(xué)習(xí)氣象觀測(cè)、一生心許氣象報(bào)國(guó)的天氣動(dòng)力和數(shù)值預(yù)報(bào)資深專家、中國(guó)工程院李澤椿院士領(lǐng)銜的國(guó)家氣象中心團(tuán)隊(duì)，對(duì)數(shù)十年來大量氣象材料進(jìn)行深入分析而成。文章指出，我國(guó)是受暴雨災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。近10年來，暴雨對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與人民生活的影響與日俱增，暴雨災(zāi)害在和平時(shí)期是對(duì)國(guó)家安全的重大威脅。盡管我國(guó)在暴雨預(yù)報(bào)系統(tǒng)建設(shè)、能力提升等方面取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但仍有不可忽視的短板。一是暴雨機(jī)理研究不足，我們對(duì)宏觀氣象系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)有了質(zhì)的提升，但對(duì)局地地形、氣候背景等對(duì)暴雨災(zāi)害的影響認(rèn)識(shí)不足；二是氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)手段與人才培養(yǎng)仍有進(jìn)步空間；三是氣象預(yù)報(bào)對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用不足，平臺(tái)資料的匯整與分析能力提升尚需時(shí)日。據(jù)此，我們應(yīng)該補(bǔ)足短板，迎難而上，特別是需要形成氣象領(lǐng)域?qū)�業(yè)界與普通公眾之間的信息交換，如此方可提高公眾對(duì)氣象災(zāi)害與極端天氣的防范意識(shí)，盡最大可能減少人員與財(cái)產(chǎn)損失。

 

本文原載《氣象與環(huán)境科學(xué)》2015年第3期，原題為“由河南‘75.8’特大暴雨引發(fā)的思考”，文章僅代表作者本人觀點(diǎn)，供諸君思考。

由河南“75.8”特大暴雨引發(fā)的思考

 

 

 

▍引言

 

暴雨(含臺(tái)風(fēng)暴雨、北方暴雪) 是我國(guó)最主要的氣象災(zāi)害。在和平發(fā)展、快速經(jīng)濟(jì)建設(shè)時(shí)期, 干旱造成的損失雖然很大, 但國(guó)家社會(huì)行為及工程技術(shù)有可能給予相當(dāng)?shù)姆婪? 而由于暴雨的極端性、突發(fā)性和局地性給預(yù)報(bào)帶來很大的不確定性, 因此現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)對(duì)暴雨災(zāi)害比應(yīng)對(duì)干旱災(zāi)害具有更大的困難。

 

1975年8月4日至8日,該年度第3號(hào)臺(tái)風(fēng)在中國(guó)福建晉江登陸后, 北上至河南省伏牛山脈與桐柏山脈之間的大弧形地帶“停滯少動(dòng)”, 并在其他天氣尺度系統(tǒng)的參與下, 造成歷史罕見的特大暴雨, 史稱 “75·8”特大暴雨。該次過程最大累積雨量達(dá)1631 mm, 大于1000 mm的降水區(qū)集中在京廣鐵路以西板橋水庫(kù)、石漫灘水庫(kù)到方城一帶。板橋水庫(kù)附近的林莊的最大6h雨量為830mm, 超過了當(dāng)時(shí)世界的最高紀(jì)錄782mm; 最大24h雨量為1060mm, 也創(chuàng)造了我國(guó)同類指標(biāo)的最高紀(jì)錄。特大暴雨造成駐馬店地區(qū)60多個(gè)水庫(kù)垮壩潰決, 1015萬人受災(zāi), 超過2. 6萬人死難, 直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元 (據(jù)當(dāng)時(shí)的估價(jià)) , 是世界最大最慘烈的水庫(kù)垮壩慘劇。

 

“75·8”特大暴雨之后, 暴雨災(zāi)害和暴雨預(yù)報(bào)越來越得到氣象學(xué)家的高度重視。近20年來, 得益于日漸完善的氣象觀測(cè)系統(tǒng)、高分辨率數(shù)值模式的發(fā)展及諸多先進(jìn)科研成果的應(yīng)用, 我國(guó)暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)步入嶄新的發(fā)展階段, 暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率穩(wěn)步提高。但暴雨是多尺度系統(tǒng)共同作用的產(chǎn)物, 形成機(jī)理復(fù)雜, 加之我國(guó)地域遼闊、地形地貌多樣, 無論天氣尺度模式還是中尺度模式對(duì)其預(yù)報(bào)能力均有限, 暴雨尤其是極端性暴雨和局地突發(fā)性大暴雨的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和精細(xì)化程度仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到社會(huì)發(fā)展和防災(zāi)減災(zāi)的需求。

 

 

 

 

▍暴雨災(zāi)害的影響是我國(guó)和平發(fā)展時(shí)期最主要的桎梏

 

暴雨是我國(guó)多發(fā)的一種災(zāi)害天氣, 暴雨洪澇是我國(guó)最常見最嚴(yán)重的自然災(zāi)害, 對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全等有直接而嚴(yán)重的影響。各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和科技干部應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到做好暴雨預(yù)報(bào)應(yīng)當(dāng)是氣象部門長(zhǎng)期、穩(wěn)定、首要的任務(wù), 不應(yīng)因社會(huì)輿論而轉(zhuǎn)移。

 

（一）近20年我國(guó)重大暴雨災(zāi)害事件遍及大江南北城市鄉(xiāng)村

 

我國(guó)是世界上暴雨天氣出現(xiàn)頻次、影響程度、影響范圍都很大的國(guó)家, 幾乎全國(guó)各地都不同程度受其影響。近20年, 雖然我國(guó)各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施均有明顯改善, 但暴雨頻發(fā), 造成的危害仍然嚴(yán)重, 并且產(chǎn)生許多新的影響。1998年夏季, 由于持續(xù)的強(qiáng)降雨天氣, 長(zhǎng)江流域發(fā)生了繼1954年之后又一次全流域大洪水, 東北地區(qū)的松花江、嫩江也發(fā)生了百年不遇的特大洪水; 持續(xù)強(qiáng)降水還引發(fā)山洪暴發(fā)、圍垸漫潰及山體滑坡、泥石流等, 造成近2000人遇難, 直接經(jīng)濟(jì)損失超過2000億元。因登陸臺(tái)風(fēng)造成的大范圍暴雨災(zāi)害、城市內(nèi)澇等屢見不鮮, 近幾年 “尤特”、“潭美”、 “菲特”、“海燕”、“威馬遜”、“麥德姆”等登陸臺(tái)風(fēng)給我國(guó)華南、江南及華東大部地區(qū)帶來強(qiáng)風(fēng)暴雨, 并由此引發(fā)一系列次生災(zāi)害。

 

2013年10月6日至8日, 受1949年以來10月登陸我國(guó)大陸地區(qū)的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)——“菲特”的影響, 浙江、福建、江蘇、上海等省市出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨, 10人因?yàn)?zāi)死亡, 1人失蹤, 直接經(jīng)濟(jì)損失623.3億元, 居近10 年來單個(gè)臺(tái)風(fēng)直接經(jīng)濟(jì)損失之首。

 

除了區(qū)域性強(qiáng)降雨和流域性大洪水, 局地強(qiáng)降水尤其是短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的強(qiáng)降水造成的災(zāi)害也非常嚴(yán)重。2005年6月10日中午, 黑龍江省寧安市沙蘭鎮(zhèn)西北上游突降特大暴雨, 匯集成洪水和泥石流沖入沙蘭鎮(zhèn)中心小學(xué), 造成117人遇難, 其中包括105名學(xué)生，現(xiàn)場(chǎng)慘烈的狀況引起非常強(qiáng)烈的社會(huì)反響。2010年8月7日夜間, 甘肅省舟曲縣城東北部山區(qū)突降暴雨, 40多分鐘內(nèi)降雨量達(dá)97mm, 引發(fā)特大山洪地質(zhì)災(zāi)害,造成1481人遇難, 318人失蹤。

 

近些年我國(guó)不少大城市因暴雨導(dǎo)致的洪水和內(nèi)澇, 造成了嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2012年7月21日,北京遭遇歷史罕見的大暴雨, 11個(gè)氣象站觀測(cè)到的雨量突破了建站以來的歷史極值, 部分地區(qū)一天降雨量達(dá)到甚至超過了年平均降雨量。北京出現(xiàn)極其嚴(yán)重的城市內(nèi)澇,部分中小河流和水庫(kù)出現(xiàn)汛情, 79人遇難, 受災(zāi)人口達(dá)190萬人,因?yàn)?zāi)造成經(jīng)濟(jì)損失近百億元。2007年7月18日, 濟(jì)南突降暴雨, 造成30多人死亡, 170多人受傷, 約33萬群眾受災(zāi), 直接經(jīng)濟(jì)損失約13.2億元。2001年8月5日, 上海市出現(xiàn)特大暴雨, 黃浦區(qū)和徐家匯日雨量分別達(dá)294和275mm, 為50 年來最大, 造成了非常嚴(yán)重的城市內(nèi)澇。

 

 

2008年年初春運(yùn)期間, 我國(guó)南方大部分地區(qū)接連出現(xiàn)4次雨雪天氣, 導(dǎo)致歷史罕見的大范圍持續(xù)性低溫雨雪冰凍災(zāi)害, 造成交通嚴(yán)重受阻, 電力、通訊中斷, 能量供應(yīng)緊張, 群眾生活困難; 天氣災(zāi)害與春運(yùn)高峰疊加, 造成了嚴(yán)重的交通阻塞。

 

因此,我國(guó)的暴雨災(zāi)害遍及大江南北城市鄉(xiāng)村, 既有大范圍流域性洪澇, 更有中小尺度局地暴雨造成的災(zāi)害, 極端性暴雨天氣也是頻頻出現(xiàn), 因冬季較強(qiáng)雨雪天氣造成的低溫雨雪冰凍災(zāi)害同樣可以造成廣泛和持續(xù)的嚴(yán)重社會(huì)影響。

 

（二）近10年我國(guó)及全球暴雨災(zāi)害影響社會(huì)各領(lǐng)域,經(jīng)濟(jì)損失呈加重趨勢(shì)

 

表1為2004-2012年中國(guó)暴雨災(zāi)害受災(zāi)情況, 圖1為造成的直接經(jīng)濟(jì)損失與死亡人數(shù)。由表1和圖1可見: 2004 - 2012年, 全國(guó)因暴雨災(zāi)害年均死亡人數(shù)約1260人, 直接經(jīng)濟(jì)損失1155. 5億元, 農(nóng)作物受災(zāi)927. 4萬公頃; 全國(guó)因?yàn)?zāi)死亡人數(shù)整體呈減少趨勢(shì), 但因社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、行業(yè)間相互依賴關(guān)系緊密、社會(huì)財(cái)富不斷增長(zhǎng),因?yàn)?zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失呈上升趨勢(shì)。同時(shí), 暴雨災(zāi)害造成的影響越來越嚴(yán)重, 且產(chǎn)生了許多新的災(zāi)害特點(diǎn), 如破壞生態(tài)環(huán)境、影響水質(zhì)、破壞居住條件、降低交通效率等。

 

表1：2004 - 2012年中國(guó)暴雨災(zāi)害受災(zāi)情況

 

注：數(shù)據(jù)來自2004 - 2012年《中國(guó)氣象災(zāi)害年鑒》

 

圖1 2004 - 2012年中國(guó)暴雨災(zāi)害造成的直接損失與死亡人數(shù)   

 

 

 

由1950 - 2004年重大洪水災(zāi)害受災(zāi)人口和受災(zāi)損失統(tǒng)計(jì)結(jié)果 (圖2、3) 可以清楚地看出, 1950 2004年全球逐年重大洪水災(zāi)害受災(zāi)人口年變化及受災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失在各個(gè)年份雖有波動(dòng), 但總體上呈現(xiàn)逐漸穩(wěn)步上升的趨勢(shì),重大洪水災(zāi)害受災(zāi)人口及經(jīng)濟(jì)損失越來越多。1998年是50年來全球重大洪水災(zāi)害最嚴(yán)重的一年, 受災(zāi)人口達(dá)到291.31百萬, 受災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到391.01億美元; 1991年次之, 受災(zāi)人口達(dá)227.55百萬, 受災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失為309. 72億美元。

 

圖2 全球1950 - 2004年重大洪水災(zāi)害受災(zāi)人口

 

圖3 全球1950 - 2004年重大洪水災(zāi)害受災(zāi)損失

 

 

表2給出了1950-2004年全球重大洪水災(zāi)害地區(qū)分布。由表2可見, 不論受災(zāi)人口還是受災(zāi)損失,中國(guó)都是世界上最嚴(yán)重的國(guó)家。嚴(yán)重的洪水災(zāi)害, 造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失,這將對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

 

表2 全球1950 - 2004年重大洪水災(zāi)害地區(qū)分布

 

綜上分析, 我國(guó)是世界上受暴雨災(zāi)害影響最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展, 人類的防災(zāi)減災(zāi)能力也逐步提高, 但極端性和局地突發(fā)性暴雨災(zāi)害的預(yù)報(bào)能力進(jìn)展并不顯著, 由暴雨災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失和受災(zāi)人數(shù)卻并沒有顯著降低, 暴雨災(zāi)害對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及社會(huì)穩(wěn)定的影響日趨嚴(yán)重。

 

 

（三）暴雨災(zāi)害對(duì)國(guó)家安全也產(chǎn)生巨大影響

 

現(xiàn)在國(guó)家安全的概念已經(jīng)從傳統(tǒng)的國(guó)防安全, 擴(kuò)大到更為廣泛的國(guó)土安全、環(huán)境安全、食物安全、水資源安全等領(lǐng)域。暴雨災(zāi)害的直接影響主要包括洪澇或地質(zhì)災(zāi)害造成的停工、停產(chǎn)、停課、斷水、斷電、斷路甚至房屋倒塌、農(nóng)田受淹、農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收、水利工程被毀、人員傷亡, 以及由此帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失等。洪澇進(jìn)一步導(dǎo)致水土流失和土壤侵蝕, 使環(huán)境、資源承載力發(fā)生改變, 甚至?xí)�發(fā)生難以恢復(fù)的破壞, 進(jìn)而對(duì)糧食安全、自然生態(tài)環(huán)境安全等產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。有研究表明, 洪災(zāi)過后對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有后效性影響。同時(shí), 大的水災(zāi)過后,飲用水源易受到污染, 可能出現(xiàn)疫病流行, 引發(fā)人民群眾恐慌、焦慮, 造成社會(huì)不安定因素。暴雨災(zāi)害通過影響人類生產(chǎn)生活的方方面面, 可以危害到環(huán)境安全、糧食安全、水資源安全、生態(tài)安全、社會(huì)安定等,進(jìn)而危害國(guó)家安全。

 

在和平發(fā)展時(shí)期, 由暴雨災(zāi)害所引發(fā)的一系列社會(huì)效應(yīng)將對(duì)國(guó)家安全造成不可估量的影響, 因此須引起各方面的高度關(guān)注。

 

▍近20年我國(guó)暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)進(jìn)展及存在的問題

 

暴雨預(yù)報(bào)是預(yù)報(bào)員在對(duì)其形成機(jī)理深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上, 充分利用現(xiàn)代化的觀測(cè)資料、高分辨率的數(shù)值模式、先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)模型, 并結(jié)合預(yù)報(bào)員的主觀經(jīng)驗(yàn)綜合而成的。暴雨預(yù)報(bào)多年來有了很大進(jìn)步, 各級(jí)氣象臺(tái)為防災(zāi)減災(zāi)做出了杰出貢獻(xiàn)。

 

（一）暴雨機(jī)理研究取得顯著進(jìn)展

 

在暴雨機(jī)理方面的主要進(jìn)展體現(xiàn)在高頻衛(wèi)星和多普勒雷達(dá)應(yīng)用后, 人們對(duì)暴雨的中尺度結(jié)構(gòu)和演變規(guī)律等有了更精細(xì)的認(rèn)識(shí)。中小尺度天氣系統(tǒng)的發(fā)展演變很大程度上決定了暴雨的分布和強(qiáng)度, 在中尺度對(duì)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和中尺度系統(tǒng)的移動(dòng)與傳播等方面的研究對(duì)改進(jìn)暴雨的預(yù)報(bào)有顯著作用。

 

最近20 年, 我國(guó)氣象科學(xué)家經(jīng)過不懈的努力, 在暴雨機(jī)理研究領(lǐng)域做出了令人矚目的成就。成果主要來源于以南方暴雨為主要研究?jī)?nèi)容的3個(gè)國(guó)家級(jí)重大項(xiàng)目: “海峽兩岸及鄰近地區(qū)暴雨試驗(yàn)研究” ( 簡(jiǎn)稱華南暴雨科學(xué)試驗(yàn)———HUAMEX) 和國(guó)家973項(xiàng)目“我國(guó)重大天氣災(zāi)害形成機(jī)理與預(yù)測(cè)理論研究”、“我國(guó)南方致洪暴雨監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)的理論和方法研究”, 以及在項(xiàng)目執(zhí)行期間實(shí)施的3個(gè)野外科學(xué)試驗(yàn)所獲取的豐富的中尺度觀測(cè)資料。

 

我國(guó)各級(jí)預(yù)報(bào)員經(jīng)過長(zhǎng)期的業(yè)務(wù)實(shí)踐和個(gè)例分析, 特別是對(duì)疑難或預(yù)報(bào)失敗個(gè)例的分析研究, 對(duì)暴雨發(fā)生發(fā)展的機(jī)理進(jìn)行了很好的驗(yàn)證和有益的補(bǔ)充。

 

（二）暴雨客觀預(yù)報(bào)技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步

 

數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ),近10 年來數(shù)值預(yù)報(bào)的同化方案越來越完善, 同化的資料越來越豐富, 模式分辨率越來越高, 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不斷提高, 預(yù)報(bào)時(shí)效不斷延長(zhǎng), 在暴雨的精細(xì)化預(yù)報(bào)中發(fā)揮著越來越重要的作用。

 

1.數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)

 

國(guó)際領(lǐng)先的數(shù)值預(yù)報(bào)中心現(xiàn)今通常同時(shí)在運(yùn)行全球模式和高分辨率區(qū)域模式, 全球模式的水平分辨率在16 ~ 50 km左右, 區(qū)域模式則在1.5 ~ 12.0 km( 普遍1 ~ 7 km) 。世界先進(jìn)的預(yù)報(bào)中心支持高影響天氣預(yù)報(bào)的NWP開發(fā)集中于高分辨率全球模式和中尺度模式, 網(wǎng)格距在4 km以下的模式一定程度上具備了解析對(duì)流風(fēng)暴的能力, 并將天氣預(yù)報(bào)的能力提到了一個(gè)新的高度。

 

我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始, 以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為重點(diǎn)的氣象業(yè)務(wù)建設(shè)取得快速發(fā)展。從2007年開始業(yè)務(wù)化的全球模式T639在空間分辨率、初始場(chǎng)同化技術(shù)、臺(tái)風(fēng)Bogus技術(shù)、產(chǎn)品豐富性等方面都較之前的T213有長(zhǎng)足進(jìn)步, 有力地保障了暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展。同時(shí), 從2001年開始, 中國(guó)氣象局組織自主開發(fā)建立新一代多尺度通用的同化與數(shù)值預(yù)報(bào)系統(tǒng)GRAPES。GRAPES模式有兩個(gè)系列的應(yīng)用版本: GRAPES-Meso (區(qū)域中尺度模式) 和 GRAPES-GFS (全球中期預(yù)報(bào)模式) , 其中GRAPES-Meso于2014年7月升級(jí)為4.0版本, 水平分辨率由15 km提高到10 km, 垂直層次由31層增加到50層, 并采用了模式三維變分同化系統(tǒng),暴雨預(yù)報(bào)能力有所提高。

 

2.客觀統(tǒng)計(jì)方法

 

國(guó)家氣象中心近幾年在暴雨客觀統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)方法方面也取得了較大的進(jìn)步, 研發(fā)了集合融合預(yù)報(bào)、多模式集成、配料法強(qiáng)降水等級(jí)預(yù)報(bào)及模式頻率匹配訂正預(yù)報(bào)等定量降水預(yù)報(bào)客觀產(chǎn)品。集合融合預(yù)報(bào)技術(shù)主要是基于降水評(píng)分最大化原則, 利用歷史資料確定每個(gè)量級(jí)降水最優(yōu)的百分位取值, 進(jìn)行定量降水預(yù)報(bào)融合計(jì)算。

 

多模式集成利用多家模式之間的相似離度, 確定比例權(quán)重, 進(jìn)行動(dòng)態(tài)集成。配料法降水等級(jí)預(yù)報(bào)技術(shù), 主要是通過歷史資料選取最優(yōu)預(yù)報(bào)因子并訓(xùn)練logistic判別模型,獲取等級(jí)預(yù)報(bào)參數(shù),進(jìn)行降水等級(jí)預(yù)報(bào)。頻率匹配訂正預(yù)報(bào)技術(shù)利用歷史降水資料的頻率分布曲線訂正模式降水的頻率分布曲線, 使觀測(cè)與預(yù)報(bào)降水接近或重合, 以達(dá)到對(duì)于降水預(yù)報(bào)訂正的目的。這4種客觀預(yù)報(bào)產(chǎn)品較數(shù)值模式直接輸出的降水預(yù)報(bào)均有提高。在實(shí)際業(yè)務(wù)中, 預(yù)報(bào)員可結(jié)合具體檢驗(yàn)結(jié)果,有針對(duì)性地選用其中一種或幾種。

 

（三）暴雨主觀預(yù)報(bào)積累了更多經(jīng)驗(yàn)

 

暴雨主觀預(yù)報(bào)隨著預(yù)報(bào)員對(duì)暴雨形成機(jī)理認(rèn)識(shí)的不斷提高、數(shù)值預(yù)報(bào)模式( 中尺度數(shù)值模式和集合預(yù)報(bào)等) 的進(jìn)步及預(yù)報(bào)員數(shù)值預(yù)報(bào)模式應(yīng)用能力的提高,取得了飛速發(fā)展。暴雨的短期預(yù)報(bào)側(cè)重于模式輸出的天氣概念模型識(shí)別、天氣尺度和中尺度分析及水汽、抬升、不穩(wěn)定性等降水形成要素分析, 著重對(duì)物理量參數(shù)進(jìn)行異常診斷和極值分析(圖5), 并參考集合模式預(yù)報(bào)的異常性(圖6) , 從而判斷暴雨發(fā)生的可能性。暴雨的短臨預(yù)報(bào)是在短期預(yù)報(bào)暴雨有可能發(fā)生時(shí), 進(jìn)一步分析中尺度對(duì)流系統(tǒng)的生成時(shí)間、位置、移動(dòng)、類型等, 是否有后向傳播和列車效應(yīng)發(fā)生。

 

圖5 2012 年 7 月 21 日 20 時(shí) GFS 模式大氣可降水量( a) 、850 h Pa 水汽通量( b) 、850 h Pa 風(fēng)( c) 及標(biāo)準(zhǔn)化距平( 陰影)

 

圖6 北京 7·21 暴雨過程集合預(yù)報(bào)降水量單位: mm,概率單位: %   

 

中央氣象臺(tái)定量降水預(yù)報(bào)(QPF) 業(yè)務(wù)開展多年, 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率穩(wěn)步提高, 目前24 h暴雨的Ts評(píng)分由2007年的0.15上下提高到了0.18以上。主要產(chǎn)品包括未來24 h時(shí)效內(nèi)逐6h累積QPF、未來168h時(shí)效內(nèi)逐24h累積QPF, 以及旬降水量預(yù)報(bào)、過程降水量預(yù)報(bào)等特色QPF產(chǎn)品。同時(shí), 試驗(yàn)面向全國(guó)的訂正PQPF產(chǎn)品, 開發(fā)6 ~ 10d有無降水和大量級(jí)降水概率預(yù)報(bào)產(chǎn)品。目前, 在傳統(tǒng)繪制等值線落區(qū)的基礎(chǔ)上, 增加了精細(xì)化的格點(diǎn)預(yù)報(bào)場(chǎng), 并初步形成中央臺(tái)發(fā)布指導(dǎo)產(chǎn)品、地方臺(tái)訂正反饋的業(yè)務(wù)體系。

 

 

圖7 2007 - 2014年中央氣象臺(tái)暴雨短期 Ts 評(píng)分

 

 

​（四）我國(guó)暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)存在的主要問題

 

我國(guó)暴雨天氣形成機(jī)理復(fù)雜, 地域特征明顯, 預(yù)報(bào)難度大, 近20年來雖然取得了諸多進(jìn)步, 但距離防災(zāi)減災(zāi)的需求還有較大差距。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

 

對(duì)我國(guó)暴雨發(fā)生發(fā)展的機(jī)理認(rèn)識(shí)仍要深入。我國(guó)地域遼闊, 地形復(fù)雜, 暴雨影響因子多樣, 各地各季暴雨都有不同的特點(diǎn), 大范圍極端性暴雨和中尺度突發(fā)性強(qiáng)對(duì)流暴雨是當(dāng)前最為突出的預(yù)報(bào)難點(diǎn), 其機(jī)理研究和認(rèn)識(shí)有待加強(qiáng)。

 

預(yù)報(bào)技術(shù)手段基礎(chǔ)仍薄弱。數(shù)值預(yù)報(bào)模式在強(qiáng)降水的預(yù)報(bào)能力方面有了很大提高, 區(qū)域性暴雨天氣過程基本不會(huì)漏報(bào), 但具體的雨帶位置和降雨強(qiáng)度仍有較大偏差, 特別是對(duì)極端性暴雨和中尺度突發(fā)性暴雨預(yù)報(bào)能力仍有限。各種模式產(chǎn)品釋用和客觀統(tǒng)計(jì)方法也是在數(shù)值預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上的再加工, 預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率提高很受影響。

 

 

新型觀測(cè)資料和數(shù)值模式使用能力不強(qiáng)。各種新型觀測(cè)資料的快速業(yè)務(wù)化為預(yù)報(bào)員提供了分析暴雨天氣的良好條件, 但同樣這些非常規(guī)資料在使用方面仍處于起步階段; 同時(shí), 因業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)平臺(tái)的局限, 預(yù)報(bào)員分析新型資料的時(shí)間不夠,分析不夠細(xì)致全面。另外, 預(yù)報(bào)員對(duì)數(shù)值模式的物理過程及其對(duì)不同類型暴雨的預(yù)報(bào)性能了解還不深入,  缺乏對(duì)中尺度模式的理解和應(yīng)用技術(shù), 集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)應(yīng)用也處于探索、積累經(jīng)驗(yàn)和應(yīng)用發(fā)展階段。

 

業(yè)務(wù)平臺(tái)對(duì)海量資料調(diào)閱和分析的支撐能力有待繼續(xù)提高。目前我國(guó)主要預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)平臺(tái)為MICAPS3 (現(xiàn)代化人機(jī)交互氣象信息處理和天氣預(yù)報(bào)制作系統(tǒng)第3版本) , 尚存在資料尤其是高分辨資料調(diào)閱顯示速度慢、數(shù)據(jù)加工處理功能單一等缺點(diǎn),制約了暴雨預(yù)報(bào)的精細(xì)化分析和準(zhǔn)確率的提高。

 

梯隊(duì)式預(yù)報(bào)員隊(duì)伍建設(shè)仍需加強(qiáng)。現(xiàn)代氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)向客觀化和自動(dòng)化方向發(fā)展, 但預(yù)報(bào)員仍是滿足國(guó)家防災(zāi)減災(zāi)和社會(huì)生產(chǎn)生活需要的預(yù)報(bào)服務(wù)業(yè)務(wù)主體。目前, 各級(jí)氣象臺(tái)站均不同程度地存在骨干預(yù)報(bào)員缺乏的現(xiàn)象, 尤其缺少在暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)和研究方面的學(xué)科帶頭人, 人才隊(duì)伍建設(shè)任重道遠(yuǎn)。

 

▍近期我國(guó)暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的發(fā)展思考

 

現(xiàn)代暴雨預(yù)報(bào)發(fā)展主要基于精細(xì)化高分辨率數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的進(jìn)步, 更基于預(yù)報(bào)員對(duì)于天氣系統(tǒng)識(shí)別、概念模型和降水物理機(jī)制的理解和經(jīng)驗(yàn)積累, 以及對(duì)數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品解釋應(yīng)用能力的提高。

 

（一）遵循個(gè)性化研究原則,建立特殊性個(gè)例數(shù)據(jù)庫(kù)和預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)庫(kù)

 

天氣過程的綜合分析是預(yù)報(bào)員提高對(duì)降水天氣過程認(rèn)識(shí)和理解的最重要手段, 通過對(duì)不同區(qū)域、不同季節(jié)和不同影響系統(tǒng)降水的診斷分析, 可以幫助預(yù)報(bào)員深刻理解降水產(chǎn)生的物理機(jī)理, 尋找相應(yīng)的預(yù)報(bào)著眼點(diǎn), 提高分析、診斷和預(yù)報(bào)的能力。目前的數(shù)值模式還是著重描述天氣過程普遍規(guī)律, 缺乏對(duì)特殊過程的反映, 如極端暴雨、局地突發(fā)性暴雨、復(fù)雜地形下降水等, 模式的預(yù)報(bào)能力還是有限的。此時(shí), 更應(yīng)該加強(qiáng)預(yù)報(bào)員對(duì)特殊個(gè)例的研究, 建立特殊性個(gè)例數(shù)據(jù)庫(kù)和預(yù)報(bào)員經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。

 

通過對(duì)北京7·21特大暴雨的實(shí)況診斷和極端性成因分析, 對(duì)華北暖區(qū)暴雨發(fā)生發(fā)展條件及極端強(qiáng)降水預(yù)報(bào)思路給出了初步的分析, 為預(yù)報(bào)員認(rèn)識(shí)和理解暖區(qū)暴雨形成的原因、建立極端強(qiáng)降水預(yù)報(bào)思路提供了較好的參考。華南暖區(qū)暴雨是華南地區(qū)獨(dú)特的強(qiáng)降雨現(xiàn)象, 通過對(duì)這一類天氣形成的天氣系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析表明: 影響華南暖區(qū)暴雨的環(huán)流系統(tǒng)為三大類: 切變型、低渦型及偏南風(fēng)風(fēng)速切變輻合型,這些總結(jié)性的研究成果為華南暖區(qū)暴雨提供了很好的預(yù)報(bào)依據(jù)。

 

然而,對(duì)于不同類型強(qiáng)降水形成的物理機(jī)理認(rèn)識(shí)仍有待深入, 預(yù)報(bào)員仍需要通過對(duì)特殊降水個(gè)例的收集和歸檔, 建立特色暴雨個(gè)例庫(kù), 從預(yù)報(bào)失敗的強(qiáng)降水個(gè)例的深入研究入手, 不僅關(guān)注大的環(huán)流形勢(shì)、影響系統(tǒng)及水汽、熱力條件,更有必要加強(qiáng)對(duì)濕對(duì)流系統(tǒng)的觸發(fā)、組織化發(fā)展、移動(dòng)演變和降水效率等物理過程,以及局地地形、氣候背景和邊界層過程等對(duì)強(qiáng)降水可能影響的探索性研究, 總結(jié)出不同類型強(qiáng)降水形成的“特殊性”條件和預(yù)報(bào)著眼點(diǎn), 逐步積累預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn), 并歸納入庫(kù),且簡(jiǎn)明扼要便于及時(shí)調(diào)閱參考。

 

 

 

（二）繼續(xù)發(fā)展區(qū)域中尺度模式和集合預(yù)報(bào)技術(shù)

 

 

數(shù)值預(yù)報(bào)是現(xiàn)代天氣業(yè)務(wù)的基礎(chǔ), 也是暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的基本手段之一。未來數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是建立多尺度一體化模式, 但在我國(guó)還應(yīng)當(dāng)注意區(qū)域模式的發(fā)展與應(yīng)用。

 

隨著模式分辨率的提高, 發(fā)展和改進(jìn)格點(diǎn)尺度云( 凝結(jié)物) 預(yù)報(bào)方案已同改進(jìn)積云對(duì)流參數(shù)化方案一樣受到重視。一個(gè)較為完善的高分辨模式可以幫助揭示各類MCSs的發(fā)展規(guī)律、形成機(jī)制及其結(jié)構(gòu)的可能演變, 從而彌補(bǔ)全球模式的不足,為暴雨預(yù)報(bào)尤其是極端暴雨預(yù)報(bào)提供參考。中尺度數(shù)值模式要取得進(jìn)一步突破和發(fā)展,關(guān)鍵是能夠捕捉到中尺度系統(tǒng)真實(shí)的三維結(jié)構(gòu)和演變過程, 而這一過程大大依賴于準(zhǔn)確的中尺度觀測(cè)資料, 因此, 未來中尺度觀測(cè)和探測(cè)技術(shù)的發(fā)展是重中之重, 多種尺度資料融合、集成和同化也是發(fā)展中尺度模式必不可少的一環(huán)。

 

由于大氣可預(yù)報(bào)性與數(shù)值預(yù)報(bào)初始場(chǎng)不確定性的存在, 限制了用傳統(tǒng)的決定論制作確定性預(yù)報(bào)的預(yù)報(bào)技巧, 而集合預(yù)報(bào)則為解決這一問題提供了新的途徑。目前, 集合預(yù)報(bào)產(chǎn)品已經(jīng)在天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。有證據(jù)證明, ECMWF集合預(yù)報(bào)在大雨以上量級(jí)強(qiáng)降水和極端降水預(yù)報(bào)中具有較好的參考價(jià)值。而一個(gè)好的集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)一定是建立在好的數(shù)值模式上, 只有當(dāng)模式足夠好,預(yù)報(bào)的不準(zhǔn)確主要源自初值的誤差時(shí), 集合預(yù)報(bào)才會(huì)有明顯的效果。所以, 不斷改進(jìn)數(shù)值模式的質(zhì)量對(duì)提高集合預(yù)報(bào)的效用是至關(guān)重要的。

 

（三）提高預(yù)報(bào)員使用數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品的能力

 

我國(guó)暴雨具有明顯的地域特色, 不同地區(qū)不同類型暴雨的可預(yù)報(bào)性明顯不同, 預(yù)報(bào)員只有更好地理解模式物理過程存在的問題和局限性, 了解不同模式對(duì)不同類型暴雨可預(yù)報(bào)性的估計(jì), 才能在模式的基礎(chǔ)上體現(xiàn)預(yù)報(bào)員的附加值。

 

在實(shí)際預(yù)報(bào)過程中, 需要預(yù)報(bào)員對(duì)模式預(yù)報(bào)進(jìn)行檢驗(yàn)、評(píng)估和訂正, 特別是對(duì)降水落區(qū)和強(qiáng)度等系統(tǒng)性誤差進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì)分析顯得極為緊迫�；�于對(duì)模式降水預(yù)報(bào)誤差的認(rèn)識(shí), 中央氣象臺(tái)預(yù)報(bào)員對(duì)西南地區(qū)強(qiáng)降水落區(qū)預(yù)報(bào)有了明顯的改進(jìn)。目前基于空間檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)模式降水誤差進(jìn)行定量化的檢驗(yàn)工作還處在初級(jí)階段, 未來只有進(jìn)一步對(duì)不同區(qū)域、不同季節(jié)和不同環(huán)流背景產(chǎn)生的降水誤差進(jìn)行深入分析, 包括其初始誤差在暴雨不同發(fā)展階段的增長(zhǎng)規(guī)律、預(yù)報(bào)誤差分布特征及其可能的原因等, 才能在模式的基礎(chǔ)上增加預(yù)報(bào)員的附加值。

 

（四）做好中尺度系統(tǒng)精細(xì)化分析和短時(shí)臨近預(yù)報(bào)

 

隨著氣象現(xiàn)代觀測(cè)網(wǎng)的逐步完善, 衛(wèi)星、雷達(dá)、閃電定位儀、風(fēng)廓線儀、微波輻射計(jì)、GPS水汽等新型觀測(cè)資料逐步被引入氣象業(yè)務(wù)體系, 為加深對(duì)暴雨中小尺度特征的認(rèn)識(shí)提供了可能。如衛(wèi)星、雷達(dá)、閃電定位儀等對(duì)認(rèn)識(shí)造成暴雨的中小尺度對(duì)流系統(tǒng)的發(fā)生發(fā)展規(guī)律及其結(jié)構(gòu)特征提供了最為直接的手段。新型非常規(guī)資料的獲取, 對(duì)認(rèn)識(shí)中尺度暴雨的結(jié)構(gòu)及其環(huán)境條件提供了十分有利的手段, 對(duì)短時(shí)臨近預(yù)報(bào)有非常重要的意義; 同時(shí),也有利于通過資料同化改善模式初始場(chǎng), 進(jìn)而提高數(shù)值模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率。因此, 未來需要在業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)及科研分析中加強(qiáng)對(duì)這些資料的應(yīng)用, 提高對(duì)中尺度對(duì)流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及對(duì)流發(fā)生發(fā)展的物理機(jī)理的認(rèn)識(shí)和理解。

 

（五）建設(shè)預(yù)報(bào)員專用的人機(jī)交互平臺(tái),提供提高效率和創(chuàng)新的手段

 

提高暴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率, 現(xiàn)代化的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)必不可少�，F(xiàn)代觀測(cè)系統(tǒng)不但提供如風(fēng)壓濕等常規(guī)觀測(cè)數(shù)據(jù),還提供大量的衛(wèi)星、雷達(dá)等高時(shí)空分辨率數(shù)據(jù), 同時(shí), 數(shù)值模式也向高分辨率和集合預(yù)報(bào)發(fā)展, 在天氣分析中使用的數(shù)據(jù)較過去大量增加,這就需要業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)系統(tǒng)后臺(tái)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)管理, 支持大數(shù)據(jù)應(yīng)用, 提高數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)檢索與應(yīng)用效率。

 

因此, 需要進(jìn)一步加強(qiáng)MICAPS平臺(tái)的建設(shè), 體現(xiàn)對(duì)預(yù)報(bào)員實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用的智能化支持, 完善各類資料傳輸、存儲(chǔ)流程, 開發(fā)針對(duì)風(fēng)廓線資料、GPS水汽等非常規(guī)資料的專用工具, 提高對(duì)高分辨率數(shù)值模式資料顯示速度, 開發(fā)多物理量綜合剖面顯示功能模塊和以客觀訂正技術(shù)為基礎(chǔ)的暴雨預(yù)報(bào)客觀訂正模塊, 增加暴雨診斷分析和暴雨預(yù)報(bào)智能化綜合判斷工具, 使其成為實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)中快速、高效、穩(wěn)定的暴雨天氣綜合分析預(yù)報(bào)平臺(tái)。目前使用的業(yè)務(wù)平臺(tái)MICAPS3的升級(jí)版本———MICAPS4將逐步實(shí)現(xiàn)上述功能。

 

 

▍結(jié)論

 

暴雨是我國(guó)最主要的一種災(zāi)害性天氣, 對(duì)社會(huì)發(fā)展、民生福祉及國(guó)家安全都有深刻影響。過去的20年, 高分辨率的觀測(cè)資料和數(shù)值模式不斷發(fā)展, 基于模式的后處理、檢驗(yàn)訂正技術(shù)逐漸在業(yè)務(wù)中發(fā)揮作用, 各級(jí)預(yù)報(bào)員通過典型、疑難或預(yù)報(bào)失誤個(gè)例的總結(jié), 加深了對(duì)暴雨機(jī)理的認(rèn)識(shí), 我國(guó)暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)在產(chǎn)品內(nèi)容、形式、準(zhǔn)確率和精細(xì)化程度等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

 

為此，我們應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)暴雨機(jī)理研究、預(yù)報(bào)技術(shù)開發(fā)及科研成果的業(yè)務(wù)化。暴雨形成機(jī)理復(fù)雜, 理論突破較難, 因此需要各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和部門繼續(xù)重視暴雨基礎(chǔ)研究和預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā), 鼓勵(lì)并保護(hù)廣大科技人員的研究興趣, 倡導(dǎo)為業(yè)務(wù)服務(wù)的科研開發(fā), 促進(jìn)科研成果真正轉(zhuǎn)化為預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)能力。

 

 

除此之外, 暴雨預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)發(fā)展還需要高質(zhì)量的現(xiàn)代化觀測(cè)系統(tǒng)、科學(xué)合理的預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)流程、技術(shù)流程,包括預(yù)報(bào)產(chǎn)品制作、發(fā)布的無縫隙對(duì)接等一系列保障措施, 這是一項(xiàng)值得持續(xù)深入探討的課題。

 

本文原載《氣象與環(huán)境科學(xué)》2015年第3期，原題為“由河南‘75.8特大暴雨引發(fā)的思考’”。圖片來源于網(wǎng)絡(luò)，歡迎個(gè)人分享，媒體轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系版權(quán)方。