2021年07月30日
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气象局发5次“红警”,预测降雨中心却偏离了80多公里

北方暴雨预测有多难?

郑州的暴雨

当看到无数汽车漂在市区主干道的水面上,乘客被困于地铁进水车厢发帖求救的消息时,许多郑州市民才意识到,这不是一场普通的内涝。

对于这一强降水,并非没有天气预警。郑州气象局和河南省气象台分别接连发布了5次级别最高的暴雨红色预警。只不过,暴雨预报仍属于世界性难题。目前的预报能力,只能预报局地强天气可能出现的范围,世界范围内暴雨预报准确率也就在20%上下。

北方暴雨精准预测之难

虽然郑州气象局发了5次“红警”,但想要对暴雨更精准的定点、定时、定量预报依然很困难。国家减灾委专家委员会委员、中国水利水电科学研究院防洪减灾研究所原所长程晓陶在接受记者采访时指出,这次在预报大雨时,一开始气象部门预测降雨中心在焦作,但最后实际是在郑州,稍有一些偏离。两地相距80多公里。

关于此次河南极端强降水的形成过程,中国气象局公共气象服务中心气象服务首席专家朱定真解释说,虽然台风“烟花”当时距离我国还有近一千公里,却远程控制了河南暴雨。在“烟花”和副热带高压的气流引导下,大量的水气通过偏东风源源不断从海上输送到陆地,在河南集结成雨,再遇到太行山和伏牛山,在山前出现辐合抬升,地形导致降雨范围集中,雨势更强。大气环流形势稳定,导致降雨持续时间长。

业内一位不愿具名的权威人士对记者说,更关键的,要看中小尺度系统和天气尺度系统之间如何相结合,怎样互相作用产生更强中小尺度系统,这才是导致强降水的更根本原因。

天气与气候学家、中国工程院院士丁一汇曾发文指出,中小尺度天气系统由大尺度系统“孕育”,中小系统产生、壮大后,又反过来能对大尺度系统起到反馈作用,使得暴雨系统加强和延续。一次大暴雨的生命史是复杂的,数学上,这种不同天气尺度系统相互作用是一种非线性问题,暴雨预报的困难即在于此。

中科院大气物理研究所研究员高守亭指出,另一个影响暴雨预报准确率的关键因素是风。当下,世界范围内对于风的形成和预报都缺少很好的理论研究。

高守亭说,华北暴雨往往呈现短时强降水的特点。其中一个很重要原因在于华北地区降水受高空冷空气影响,与来自低层的暖湿气流相遇时,上冷下暖,位势不稳定,容易产生强对流,这就好比烧水过程一样。他介绍,河南在地理划分上虽然属于华中地区,但从气象学角度看,河南的强降水仍属于华北暴雨的研究范畴。

北方暴雨不被重视但短时强度很大

暴雨预报本身就有难度,而华北暴雨比南方暴雨预报的准确度更低。高守亭说,其中一个原因在于,华北下暴雨几率小,区域性暴雨一年就一到两次。相比之下,南方梅雨季动辄一个月,在这个背景下,预报员预报下雨的正确概率就要大得多。同时,长江流域梅雨形成有其规律可循:主要是西北和西南两支气流汇合,形成对流。华北处于冷暖空气都比较活跃的交接面,每一次形成暴雨的天气系统都不尽相同,天气系统的变化性更大,不好预报。

从20世纪70年代开始,中国东部夏季降水型由“北多南少”转为“南多北少”,形成长江和华南地区多雨且暴雨频发,北方偏旱的局面。其中,河南处于干旱和半干旱区,年平均降水量为771.1毫米。

但问题是,河南中北部与河北中南部恰恰处于冷暖空气上下交汇的地方,再加上太行山等地形抬升因素,具备产生比较大降水的客观条件,强降水往往又会引发洪灾。

实际上,如果以北纬30%uB0划分中国南北,以24小时为计时单位,发生24小时极端降水站点数,中国的南部和北部站点数大约是7比3。但如果将极端降水统计时长缩小为6小时、3小时、1小时,这种差距被快速缩小。相应地,南北方的极端降水站点数几乎打成平手。河北、河南、山东与华南地区广东、广西、海南短时强降水站点数排序均很靠前。对于所谓“倾盆大雨”,北方其实并不比南方少。中国暴雨的许多极值纪录都出自华北和东北区域。

但总体来看,由于与南方相比,华北暴雨发生的几率较小,国内对华北暴雨的研究相对较少,得不到相关部门与科研人员的重视。

一场暴雨曾短暂地扭转了这一局面。

尽管预报手段有了很大进步,中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室研究员孙继松说,全国现在暴雨预报准确率仍仅为百分之十几到二十,准确率之所以能到这一数字,还是因为南方暴雨影响区域大,天气尺度大,将准确率拉升了上去,北方暴雨预报有时候靠运气。

华北降水正慢慢回升

曾任国家气象中心主任的中国工程院院士、天气动力和数值预报专家李泽椿曾撰文称,目前, 各级气象台站均不同程度地存在骨干预报员缺乏的现象, 尤其缺少在暴雨预报业务和研究方面的学科带头人。

国内外数值预报系统也有差距。业内人士对记者说,欧洲中期预报中心对于大天气尺度的预报仍超过国内气象部门,其数值预报系统的资料同化技术更胜一筹,预报精准度更高。日本前些年对于降水落区、强度的预报也胜于国内,但近些年,国内的GRAPES系统也在不断提升、追赶。

孙继松曾担任北京市气象台首位首席预报员,是2008年北京奥运会期间气象保障方面的总技术负责人。他分析说,自北京奥运会之后的10多年来,在天气系统形成的理论认识方面,国内没有特别大的突破。相比之下,中国的观测系统水平已居于世界前列,观测点更加密集,分辨率越来越高。但在对天气系统机理没有了解清楚的背景下,更精准预报难以做到。

随着全球气候变暖,北极冰盖融化,北半球高、中纬度温度梯度减小,大气上层西风带减弱,这将造成副热带高压明显东移,进而使中国华北地区降水带东移。

在这次河南暴雨中,河南省气象局报送的《重要天气报告》就指出,“我省北部、中东部有暴雨大暴雨,局部特大暴雨,需加强防范”。郑州市气象台在近18个小时的时间内,连续发了5次暴雨红色预警。

据《中国新闻周刊》

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