7月20日以来,河南郑州等多地降雨量突破历史极值,甚至达到“千年一遇”水平,灾害之严重,令全国人民揪心。
因为河南暴雨灾情之严重,不少人认为“天灾不可抗,伤亡免不了”,并以河南暴雨千年一遇作为论据。不可否认,这次确实有不可抗力,舆论也不应苛求河南,不要站着说话不腰疼,但这并不意味着在极端天气下,人类只能被动认命,还是可以有很多改进之处。比如,至少今次河南灾情有三处需要深入思考的地方。一是地铁未能及时关停,导致洪水倒灌,上演惊魂一幕,不少人死里逃生。二是当地在灾情预警后的跟进执行问题。据传郑州气象局已经提前多次预警,建议停课停业,不过未能引起足够重视。三是当地宣传体系存在滞后,在暴雨灾情如此严重的情况下,竟然还一直播抗日神剧,未能及时将报道重点放在灾情上。正是因为这个原因,最近浙江书记、省长说的“地铁遇到突发状况不能层层等命令!”,“坚决纠正和克服‘天灾不可抗,伤亡免不了’的消极思想”才在网络上广为流传。与此同时,国务院总理李克强亦作出要求,“要全方位采取措施,防患于未然,把损失降至最低”,“人命关天,河南等受灾地区要把救援受困群众作为防汛救灾首要任务,不留死角,不落一人,最大限度减少人员伤亡”,“特别是对人流密集的城市地铁、隧道、地下空间等,要有保障群众安全的硬措施,宁可过一些、严一些,该停就停、该封就封,切实避免人员伤亡”。
7月28日,已经86岁的中国工程院院士、天气动力和数值预报专家李泽椿接受《中国科学报》专访,针对最近的“720”河南特大暴雨灾害提出了一些反思和建议。李泽椿是46年前“758”河南特大暴雨事件的亲历者。那场暴雨,给李泽椿的预报生涯留下了深刻的印痕。其后数十年,他参与建立并一步步升级了我国的数值天气预报体系,极大地提升了我国气象业务预报水平。今天分享本次采访,以供读者参考。
研究“河南规律”有用吗?李泽椿院士:讨论“千年一遇”没意义

文/李晨阳
来源/中国科学报
《中国科学报》:1975年8月,河南省驻马店等地区遭遇特大暴雨,多个水库相继垮坝溃决,给当地人民带来了极为惨痛的生命财产损失。作为气象预报工作者,您怎么看待当时的情况?
李泽椿:当时的预报,我觉得做得不好。我说这个话,没有贬低任何人,因为这个预报就是我们做的。
我那时在中央气象台天气预报组工作。
当时国内的天气预报还是靠天气图方法作,所用的基础资料非常少,有的还缺乏观测。
例如,我们当时用来接收美国卫星探测图像的设备在那天晚上出了故障,只能等第二天研究人员上班找人来维修。
然而就在这一夜,罕见的特大暴雨袭击了河南。
灾后,我去河南省气象台做了调研。我问当地工作人员,有没有雷达,有没有观测记录?回答是只有一台雷达,但因为郑州停电,所以没有观测记录。
原本气象部门都有备用发电机,但他们又买不到汽油。
你可以看到,当时的预报条件、预报手段、预报能力都是极其欠缺的。
《中国科学报》:时隔46年,我国的天气预报显然已不可同日而语。但具体到对暴雨的预报,我们现在究竟处于一个什么水平?还存在哪些不足呢?
李泽椿:近几十年来,得益于基础设施的日渐完善,科学技术的不断进步,我国暴雨预报的准确率稳步提高。
“758”暴雨发生时,全国也没有几台雷达,而我们国家现在有数百部雷达,光河南省就有十几部。
当年河南省只有寥寥几个气象站,现在则至少有几千个自动气象站。在资料来源大大丰富的同时,我们对大气物理规律也有了更深刻的认识,数值天气预报的准确度早已今非昔比。
但暴雨的形成机理非常复杂,加之我国地域辽阔、地理位置分布不同、地形地貌多样,人文与社会经济发展不均衡。
因此对极端性暴雨和局地突发性大暴雨的预报准确率和精细化程度,还远远达不到社会发展和防灾减灾的需求。
《中国科学报》:具体到这次“720”河南特大暴雨,我们在预报方面的表现如何?还有哪些不足?
李泽椿:大雨到来前一周左右,中国气象局就通过中期数值天气预报,发现河南会遭遇一次强烈的降水过程。随着时间推进,我们的预测也越来越准确。
自17日以来,中央气象台发布了暴雨黄色预警10期、橙色预警3期;河南省气象部门发布雷电、暴雨、大风等预警信息1427条,暴雨红色预警信息162条;郑州市政府也从19日夜间开始发布暴雨橙色、红色预警信号。
那有人就要问,为什么预报了暴雨,还是造成了这么大的损失?
我觉得要强调两点:第一,损失只能减少,不能避免。预报做得越好,准备时间越长,就越有利于损失的降低。
第二,预报和预警争取来的时间,究竟怎么才能利用好?我们的应急管理部门和其他相关机构,是不是有足够的知识、经验和思考?我们前期的宣传教育够不够?红色预警发送后,从管理者到老百姓,大家有没有足够的警觉性,知不知道该做什么?
另外,每一次灾害都是不一样的。
同样是河南暴雨,“758”暴雨是冲垮了水库大坝,这一次是降水产生大水涌入了城市。
我们未来的发展方向是具体地对待每一次极端天气过程,就像现在提倡的“精准医疗”个体化一样,“精准防灾”,针对不同灾种个别应对。
《中国科学报》:两次特大暴雨灾害都发生在河南,而且都与台风有关。这里面是否有规律可循?是不是河南的特殊地形导致这里更容易因台风而形成超强降雨?
李泽椿:很多人都问这个,但我觉得这不是目前最紧迫的问题。
我们现在最应该关心的,第一是提高预报和预警的精准度;第二是针对各种不同的情景制定好应对策略。
至于所谓的“河南规律”,研究这个问题除了发篇看起来不错的文章,还有什么用呢?我们要做的是,不管这样的暴雨下在中国的哪片土地上,我们都有办法提前预知、正确预警,做好应急对策和管理。
还有就是“千年一遇”“百年一遇”的提法,我也持保留意见。
作为一个老气象人,我深知不用说千年百年,就算是几十年前的气象灾害,我们也没有准确详实的记录。
我想我们的精力不要放在这些概念上,还是应该多做一些有用的,实际改进预警准确时效的工作。
《中国科学报》:哪些是有用的工作?
李泽椿:有用的工作,我觉得要兵分两路。其一还是深入机理做好基础研究,继续提升我们的预报水平。
我们现在的数值天气预报,中短期以内基本都比较准确了。但10到30天内的天气预报一直是国际难题。
这个难题要不要解决?要。但这是一个渐进的过程,不是突然有一天就突破了。
而灾害性的极端天气随时有可能发生,这就有“远水解不了近渴”的问题。
所以另一条路就是具体研究,好好总结探讨每一次暴雨事件中暴露出的具体问题,寻找可行的解决方案。此外还要鼓励培养科研型的天气预报人才。
预报员是战斗在第一线的人,如果他们在面对一手数据时,能针对现实问题即时研究、即时判断,那将是一支非常重要的生力军。
最后,大雨虽然已经停了,很多问题还没有解决。
比如这么多房屋被水泡了,地基一定遭到了损毁,政府有必要对受灾房屋进行及时的逐栋评估、修缮和加固。此外,交通、医疗等方面的问题也都不容忽视。
极端天气灾害的应对处理,是一项系统性工程的工作。
所以在这里,一定要提醒有关部门做好灾后评估和相应的补救工作。
《中国科学报》:作为一名老气象人,关于近期的极端暴雨事件,您还有哪些想要强调的呢?
李泽椿:国家对我们科研人员的要求是:把论文写在祖国大地上,写在国家和人民的紧急需求上。
我们做任何研究,先想一想是不是发展国民经济、保卫人民生命财产安全所需要的工作,而不是泛泛地议论和发表没法实际检验的文章!
不要老想着我这个论文在国际上是什么水平、什么地位?这些暴雨是下在了中国的大地上,是由中国的特殊气候地理条件造成的,跟国外的研究没有可比性。
检验我们工作的唯一标准,永远是有没有满足中国老百姓对预报和预警的需求!
延伸阅读:

由河南“75.8”特大暴雨引发的思考

李泽椿谌芸张芳华
孙军王月冬符娇兰于超
国家气象
中心

(本文原载《气象与环境科学》2015年第3期)
来源/文化纵横
引言
暴雨(含台风暴雨、北方暴雪) 是我国最主要的气象灾害。在和平发展、快速经济建设时期, 干旱造成的损失虽然很大, 但国家社会行为及工程技术有可能给予相当的防范, 而由于暴雨的极端性、突发性和局地性给预报带来很大的不确定性, 因此现代科学技术的发展应对暴雨灾害比应对干旱灾害具有更大的困难。
1975年8月4日至8日,该年度第3号台风在中国福建晋江登陆后, 北上至河南省伏牛山脉与桐柏山脉之间的大弧形地带“停滞少动”, 并在其他天气尺度系统的参与下, 造成历史罕见的特大暴雨, 史称 “75·8”特大暴雨。该次过程最大累积雨量达1631 mm, 大于1000 mm的降水区集中在京广铁路以西板桥水库、石漫滩水库到方城一带。板桥水库附近的林庄的最大6h雨量为830mm, 超过了当时世界的最高纪录782mm; 最大24h雨量为1060mm, 也创造了我国同类指标的最高纪录。特大暴雨造成驻马店地区60多个水库垮坝溃决, 1015万人受灾, 超过2. 6万人死难, 直接经济损失近百亿元 (据当时的估价) , 是世界最大最惨烈的水库垮坝惨剧。
“75·8”特大暴雨之后, 暴雨灾害和暴雨预报越来越得到气象学家的高度重视。近20年来, 得益于日渐完善的气象观测系统、高分辨率数值模式的发展及诸多先进科研成果的应用, 我国暴雨预报业务步入崭新的发展阶段, 暴雨预报准确率稳步提高。但暴雨是多尺度系统共同作用的产物, 形成机理复杂, 加之我国地域辽阔、地形地貌多样, 无论天气尺度模式还是中尺度模式对其预报能力均有限, 暴雨尤其是极端性暴雨和局地突发性大暴雨的预报准确率和精细化程度仍远远达不到社会发展和防灾减灾的需求。
暴雨灾害的影响是我国和平发展时期最主要的桎梏
暴雨是我国多发的一种灾害天气, 暴雨洪涝是我国最常见最严重的自然灾害, 对社会经济、国家安全等有直接而严重的影响。各级领导和科技干部应当认识到做好暴雨预报应当是气象部门长期、稳定、首要的任务, 不应因社会舆论而转移。
(一)近20年我国重大暴雨灾害事件遍及大江南北城市乡村
我国是世界上暴雨天气出现频次、影响程度、影响范围都很大的国家, 几乎全国各地都不同程度受其影响。近20年, 虽然我国各项基础设施均有明显改善, 但暴雨频发, 造成的危害仍然严重, 并且产生许多新的影响。1998年夏季, 由于持续的强降雨天气, 长江流域发生了继1954年之后又一次全流域大洪水, 东北地区的松花江、嫩江也发生了百年不遇的特大洪水; 持续强降水还引发山洪暴发、围垸漫溃及山体滑坡、泥石流等, 造成近2000人遇难, 直接经济损失超过2000亿元。因登陆台风造成的大范围暴雨灾害、城市内涝等屡见不鲜, 近几年 “尤特”、“潭美”、 “菲特”、“海燕”、“威马逊”、“麦德姆”等登陆台风给我国华南、江南及华东大部地区带来强风暴雨, 并由此引发一系列次生灾害。
2013年10月6日至8日, 受1949年以来10月登陆我国大陆地区的最强台风——“菲特”的影响, 浙江、福建、江苏、上海等省市出现狂风暴雨, 10人因灾死亡, 1人失踪, 直接经济损失623.3亿元, 居近10 年来单个台风直接经济损失之首。
除了区域性强降雨和流域性大洪水, 局地强降水尤其是短时间内产生的强降水造成的灾害也非常严重。2005年6月10日中午, 黑龙江省宁安市沙兰镇西北上游突降特大暴雨, 汇集成洪水和泥石流冲入沙兰镇中心小学, 造成117人遇难, 其中包括105名学生,现场惨烈的状况引起非常强烈的社会反响。2010年8月7日夜间, 甘肃省舟曲县城东北部山区突降暴雨, 40多分钟内降雨量达97mm, 引发特大山洪地质灾害,造成1481人遇难, 318人失踪。
近些年我国不少大城市因暴雨导致的洪水和内涝, 造成了严重的人员伤亡和财产损失。2012年7月21日,北京遭遇历史罕见的大暴雨, 11个气象站观测到的雨量突破了建站以来的历史极值, 部分地区一天降雨量达到甚至超过了年平均降雨量。北京出现极其严重的城市内涝,部分中小河流和水库出现汛情, 79人遇难, 受灾人口达190万人,因灾造成经济损失近百亿元。2007年7月18日, 济南突降暴雨, 造成30多人死亡, 170多人受伤, 约33万群众受灾, 直接经济损失约13.2亿元。2001年8月5日, 上海市出现特大暴雨, 黄浦区和徐家汇日雨量分别达294和275mm, 为50 年来最大, 造成了非常严重的城市内涝。
2008年年初春运期间, 我国南方大部分地区接连出现4次雨雪天气, 导致历史罕见的大范围持续性低温雨雪冰冻灾害, 造成交通严重受阻, 电力、通讯中断, 能量供应紧张, 群众生活困难; 天气灾害与春运高峰叠加, 造成了严重的交通阻塞。
因此,我国的暴雨灾害遍及大江南北城市乡村, 既有大范围流域性洪涝, 更有中小尺度局地暴雨造成的灾害, 极端性暴雨天气也是频频出现, 因冬季较强雨雪天气造成的低温雨雪冰冻灾害同样可以造成广泛和持续的严重社会影响。
(二)近10年我国及全球暴雨灾害影响社会各领域,经济损失呈加重趋势
表1为2004-2012年中国暴雨灾害受灾情况, 图1为造成的直接经济损失与死亡人数。由表1和图1可见: 2004 - 2012年, 全国因暴雨灾害年均死亡人数约1260人, 直接经济损失1155. 5亿元, 农作物受灾927. 4万公顷; 全国因灾死亡人数整体呈减少趋势, 但因社会经济快速发展、行业间相互依赖关系紧密、社会财富不断增长,因灾造成的经济损失呈上升趋势。同时, 暴雨灾害造成的影响越来越严重, 且产生了许多新的灾害特点, 如破坏生态环境、影响水质、破坏居住条件、降低交通效率等。
表1:2004 - 2012年中国暴雨灾害受灾情况
注:数据来自2004 - 2012年《中国气象灾害年鉴》
图1 2004 - 2012年中国暴雨灾害造成的直接损失与死亡人数  
由1950 - 2004年重大洪水灾害受灾人口和受灾损失统计结果 (图2、3) 可以清楚地看出, 1950 2004年全球逐年重大洪水灾害受灾人口年变化及受灾经济损失在各个年份虽有波动, 但总体上呈现逐渐稳步上升的趋势,重大洪水灾害受灾人口及经济损失越来越多。1998年是50年来全球重大洪水灾害最严重的一年, 受灾人口达到291.31百万, 受灾经济损失达到391.01亿美元; 1991年次之, 受灾人口达227.55百万, 受灾经济损失为309. 72亿美元。
图2 全球1950 - 2004年重大洪水灾害受灾人口
图3 全球1950 - 2004年重大洪水灾害受灾损失
表2给出了1950-2004年全球重大洪水灾害地区分布。由表2可见, 不论受灾人口还是受灾损失,中国都是世界上最严重的国家。严重的洪水灾害, 造成了巨大的经济损失,这将对中国经济的可持续发展产生重大影响。
表2 全球1950 - 2004年重大洪水灾害地区分布
综上分析, 我国是世界上受暴雨灾害影响最为严重的国家之一。随着科学技术的飞速发展, 人类的防灾减灾能力也逐步提高, 但极端性和局地突发性暴雨灾害的预报能力进展并不显著, 由暴雨灾害导致的经济损失和受灾人数却并没有显著降低, 暴雨灾害对社会经济的可持续发展及社会稳定的影响日趋严重。
(三)暴雨灾害对国家安全也产生巨大影响
现在国家安全的概念已经从传统的国防安全, 扩大到更为广泛的国土安全、环境安全、食物安全、水资源安全等领域。暴雨灾害的直接影响主要包括洪涝或地质灾害造成的停工、停产、停课、断水、断电、断路甚至房屋倒塌、农田受淹、农作物减产或绝收、水利工程被毁、人员伤亡, 以及由此带来的巨大经济损失等。洪涝进一步导致水土流失和土壤侵蚀, 使环境、资源承载力发生改变, 甚至会发生难以恢复的破坏, 进而对粮食安全、自然生态环境安全等产生严重威胁。有研究表明, 洪灾过后对社会经济和农业生产都有后效性影响。同时, 大的水灾过后,饮用水源易受到污染, 可能出现疫病流行, 引发人民群众恐慌、焦虑, 造成社会不安定因素。暴雨灾害通过影响人类生产生活的方方面面, 可以危害到环境安全、粮食安全、水资源安全、生态安全、社会安定等,进而危害国家安全。
在和平发展时期, 由暴雨灾害所引发的一系列社会效应将对国家安全造成不可估量的影响, 因此须引起各方面的高度关注。
近20年我国暴雨预报业务进展及存在的问题
暴雨预报是预报员在对其形成机理深刻认识的基础上, 充分利用现代化的观测资料、高分辨率的数值模式、先进的统计模型, 并结合预报员的主观经验综合而成的。暴雨预报多年来有了很大进步, 各级气象台为防灾减灾做出了杰出贡献。
(一)暴雨机理研究取得显著进展
在暴雨机理方面的主要进展体现在高频卫星和多普勒雷达应用后, 人们对暴雨的中尺度结构和演变规律等有了更精细的认识。中小尺度天气系统的发展演变很大程度上决定了暴雨的分布和强度, 在中尺度对流系统结构和中尺度系统的移动与传播等方面的研究对改进暴雨的预报有显著作用。
最近20 年, 我国气象科学家经过不懈的努力, 在暴雨机理研究领域做出了令人瞩目的成就。成果主要来源于以南方暴雨为主要研究内容的3个国家级重大项目: “海峡两岸及邻近地区暴雨试验研究” ( 简称华南暴雨科学试验———HUAMEX) 和国家973项目“我国重大天气灾害形成机理与预测理论研究”、“我国南方致洪暴雨监测与预测的理论和方法研究”, 以及在项目执行期间实施的3个野外科学试验所获取的丰富的中尺度观测资料。
我国各级预报员经过长期的业务实践和个例分析, 特别是对疑难或预报失败个例的分析研究, 对暴雨发生发展的机理进行了很好的验证和有益的补充。
(二)暴雨客观预报技术有了长足进步
数值预报技术是现代天气预报的基础,近10 年来数值预报的同化方案越来越完善, 同化的资料越来越丰富, 模式分辨率越来越高, 预报准确率不断提高, 预报时效不断延长, 在暴雨的精细化预报中发挥着越来越重要的作用。
1.数值预报系统
国际领先的数值预报中心现今通常同时在运行全球模式和高分辨率区域模式, 全球模式的水平分辨率在16 ~ 50 km左右, 区域模式则在1.5 ~ 12.0 km( 普遍1 ~ 7 km) 。世界先进的预报中心支持高影响天气预报的NWP开发集中于高分辨率全球模式和中尺度模式, 网格距在4 km以下的模式一定程度上具备了解析对流风暴的能力, 并将天气预报的能力提到了一个新的高度。
我国从20世纪80年代开始, 以数值天气预报为重点的气象业务建设取得快速发展。从2007年开始业务化的全球模式T639在空间分辨率、初始场同化技术、台风Bogus技术、产品丰富性等方面都较之前的T213有长足进步, 有力地保障了暴雨预报业务的发展。同时, 从2001年开始, 中国气象局组织自主开发建立新一代多尺度通用的同化与数值预报系统GRAPES。GRAPES模式有两个系列的应用版本: GRAPES-Meso (区域中尺度模式) 和 GRAPES-GFS (全球中期预报模式) , 其中GRAPES-Meso于2014年7月升级为4.0版本, 水平分辨率由15 km提高到10 km, 垂直层次由31层增加到50层, 并采用了模式三维变分同化系统,暴雨预报能力有所提高。
2.客观统计方法
国家气象中心近几年在暴雨客观统计预报方法方面也取得了较大的进步, 研发了集合融合预报、多模式集成、配料法强降水等级预报及模式频率匹配订正预报等定量降水预报客观产品。集合融合预报技术主要是基于降水评分最大化原则, 利用历史资料确定每个量级降水最优的百分位取值, 进行定量降水预报融合计算。
多模式集成利用多家模式之间的相似离度, 确定比例权重, 进行动态集成。配料法降水等级预报技术, 主要是通过历史资料选取最优预报因子并训练logistic判别模型,获取等级预报参数,进行降水等级预报。频率匹配订正预报技术利用历史降水资料的频率分布曲线订正模式降水的频率分布曲线, 使观测与预报降水接近或重合, 以达到对于降水预报订正的目的。这4种客观预报产品较数值模式直接输出的降水预报均有提高。在实际业务中, 预报员可结合具体检验结果,有针对性地选用其中一种或几种。
(三)暴雨主观预报积累了更多经验
暴雨主观预报随着预报员对暴雨形成机理认识的不断提高、数值预报模式( 中尺度数值模式和集合预报等) 的进步及预报员数值预报模式应用能力的提高,取得了飞速发展。暴雨的短期预报侧重于模式输出的天气概念模型识别、天气尺度和中尺度分析及水汽、抬升、不稳定性等降水形成要素分析, 着重对物理量参数进行异常诊断和极值分析(图5), 并参考集合模式预报的异常性(图6) , 从而判断暴雨发生的可能性。暴雨的短临预报是在短期预报暴雨有可能发生时, 进一步分析中尺度对流系统的生成时间、位置、移动、类型等, 是否有后向传播和列车效应发生。
图5 2012 年 7 月 21 日 20 时 GFS 模式大气可降水量( a) 、850 h Pa 水汽通量( b) 、850 h Pa 风( c) 及标准化距平( 阴影)
图6 北京 7·21 暴雨过程集合预报降水量单位: mm,概率单位: %   
中央气象台定量降水预报(QPF) 业务开展多年, 预报准确率稳步提高, 目前24 h暴雨的Ts评分由2007年的0.15上下提高到了0.18以上。主要产品包括未来24 h时效内逐6h累积QPF、未来168h时效内逐24h累积QPF, 以及旬降水量预报、过程降水量预报等特色QPF产品。同时, 试验面向全国的订正PQPF产品, 开发6 ~ 10d有无降水和大量级降水概率预报产品。目前, 在传统绘制等值线落区的基础上, 增加了精细化的格点预报场, 并初步形成中央台发布指导产品、地方台订正反馈的业务体系。
图7 2007 - 2014年中央气象台暴雨短期 Ts 评分
(四)我国暴雨预报业务存在的主要问题
我国暴雨天气形成机理复杂, 地域特征明显, 预报难度大, 近20年来虽然取得了诸多进步, 但距离防灾减灾的需求还有较大差距。主要表现在以下几个方面:
对我国暴雨发生发展的机理认识仍要深入。我国地域辽阔, 地形复杂, 暴雨影响因子多样, 各地各季暴雨都有不同的特点, 大范围极端性暴雨和中尺度突发性强对流暴雨是当前最为突出的预报难点, 其机理研究和认识有待加强。
预报技术手段基础仍薄弱。数值预报模式在强降水的预报能力方面有了很大提高, 区域性暴雨天气过程基本不会漏报, 但具体的雨带位置和降雨强度仍有较大偏差, 特别是对极端性暴雨和中尺度突发性暴雨预报能力仍有限。各种模式产品释用和客观统计方法也是在数值预报基础上的再加工, 预报准确率提高很受影响。
新型观测资料和数值模式使用能力不强。各种新型观测资料的快速业务化为预报员提供了分析暴雨天气的良好条件, 但同样这些非常规资料在使用方面仍处于起步阶段; 同时, 因业务流程和系统平台的局限, 预报员分析新型资料的时间不够,分析不够细致全面。另外, 预报员对数值模式的物理过程及其对不同类型暴雨的预报性能了解还不深入,  缺乏对中尺度模式的理解和应用技术, 集合预报系统应用也处于探索、积累经验和应用发展阶段。
业务平台对海量资料调阅和分析的支撑能力有待继续提高。目前我国主要预报业务平台为MICAPS3 (现代化人机交互气象信息处理和天气预报制作系统第3版本) , 尚存在资料尤其是高分辨资料调阅显示速度慢、数据加工处理功能单一等缺点,制约了暴雨预报的精细化分析和准确率的提高。
梯队式预报员队伍建设仍需加强。现代气象预报业务向客观化和自动化方向发展, 但预报员仍是满足国家防灾减灾和社会生产生活需要的预报服务业务主体。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, 人才队伍建设任重道远。
近期我国暴雨预报业务的发展思考
现代暴雨预报发展主要基于精细化高分辨率数值预报技术的进步, 更基于预报员对于天气系统识别、概念模型和降水物理机制的理解和经验积累, 以及对数值预报产品解释应用能力的提高。
(一)遵循个性化研究原则,建立特殊性个例数据库和预报员经验库
天气过程的综合分析是预报员提高对降水天气过程认识和理解的最重要手段, 通过对不同区域、不同季节和不同影响系统降水的诊断分析, 可以帮助预报员深刻理解降水产生的物理机理, 寻找相应的预报着眼点, 提高分析、诊断和预报的能力。目前的数值模式还是着重描述天气过程普遍规律, 缺乏对特殊过程的反映, 如极端暴雨、局地突发性暴雨、复杂地形下降水等, 模式的预报能力还是有限的。此时, 更应该加强预报员对特殊个例的研究, 建立特殊性个例数据库和预报员经验库。
通过对北京7·21特大暴雨的实况诊断和极端性成因分析, 对华北暖区暴雨发生发展条件及极端强降水预报思路给出了初步的分析, 为预报员认识和理解暖区暴雨形成的原因、建立极端强降水预报思路提供了较好的参考。华南暖区暴雨是华南地区独特的强降雨现象, 通过对这一类天气形成的天气系统的统计分析表明: 影响华南暖区暴雨的环流系统为三大类: 切变型、低涡型及偏南风风速切变辐合型,这些总结性的研究成果为华南暖区暴雨提供了很好的预报依据。
然而,对于不同类型强降水形成的物理机理认识仍有待深入, 预报员仍需要通过对特殊降水个例的收集和归档, 建立特色暴雨个例库, 从预报失败的强降水个例的深入研究入手, 不仅关注大的环流形势、影响系统及水汽、热力条件,更有必要加强对湿对流系统的触发、组织化发展、移动演变和降水效率等物理过程,以及局地地形、气候背景和边界层过程等对强降水可能影响的探索性研究, 总结出不同类型强降水形成的“特殊性”条件和预报着眼点, 逐步积累预报经验, 并归纳入库,且简明扼要便于及时调阅参考。
(二)继续发展区域中尺度模式和集合预报技术
数值预报是现代天气业务的基础, 也是暴雨预报业务的基本手段之一。未来数值预报技术的发展趋势是建立多尺度一体化模式, 但在我国还应当注意区域模式的发展与应用。
随着模式分辨率的提高, 发展和改进格点尺度云( 凝结物) 预报方案已同改进积云对流参数化方案一样受到重视。一个较为完善的高分辨模式可以帮助揭示各类MCSs的发展规律、形成机制及其结构的可能演变, 从而弥补全球模式的不足,为暴雨预报尤其是极端暴雨预报提供参考。中尺度数值模式要取得进一步突破和发展,关键是能够捕捉到中尺度系统真实的三维结构和演变过程, 而这一过程大大依赖于准确的中尺度观测资料, 因此, 未来中尺度观测和探测技术的发展是重中之重, 多种尺度资料融合、集成和同化也是发展中尺度模式必不可少的一环。
由于大气可预报性与数值预报初始场不确定性的存在, 限制了用传统的决定论制作确定性预报的预报技巧, 而集合预报则为解决这一问题提供了新的途径。目前, 集合预报产品已经在天气预报业务中得到广泛应用。有证据证明, ECMWF集合预报在大雨以上量级强降水和极端降水预报中具有较好的参考价值。而一个好的集合预报系统一定是建立在好的数值模式上, 只有当模式足够好,预报的不准确主要源自初值的误差时, 集合预报才会有明显的效果。所以, 不断改进数值模式的质量对提高集合预报的效用是至关重要的。
(三)提高预报员使用数值预报产品的能力
我国暴雨具有明显的地域特色, 不同地区不同类型暴雨的可预报性明显不同, 预报员只有更好地理解模式物理过程存在的问题和局限性, 了解不同模式对不同类型暴雨可预报性的估计, 才能在模式的基础上体现预报员的附加值。
在实际预报过程中, 需要预报员对模式预报进行检验、评估和订正, 特别是对降水落区和强度等系统性误差进行定量统计分析显得极为紧迫。基于对模式降水预报误差的认识, 中央气象台预报员对西南地区强降水落区预报有了明显的改进。目前基于空间检验技术对模式降水误差进行定量化的检验工作还处在初级阶段, 未来只有进一步对不同区域、不同季节和不同环流背景产生的降水误差进行深入分析, 包括其初始误差在暴雨不同发展阶段的增长规律、预报误差分布特征及其可能的原因等, 才能在模式的基础上增加预报员的附加值。
(四)做好中尺度系统精细化分析和短时临近预报
随着气象现代观测网的逐步完善, 卫星、雷达、闪电定位仪、风廓线仪、微波辐射计、GPS水汽等新型观测资料逐步被引入气象业务体系, 为加深对暴雨中小尺度特征的认识提供了可能。如卫星、雷达、闪电定位仪等对认识造成暴雨的中小尺度对流系统的发生发展规律及其结构特征提供了最为直接的手段。新型非常规资料的获取, 对认识中尺度暴雨的结构及其环境条件提供了十分有利的手段, 对短时临近预报有非常重要的意义; 同时,也有利于通过资料同化改善模式初始场, 进而提高数值模式预报准确率。因此, 未来需要在业务预报及科研分析中加强对这些资料的应用, 提高对中尺度对流系统结构及对流发生发展的物理机理的认识和理解。
(五)建设预报员专用的人机交互平台,提供提高效率和创新的手段
提高暴雨预报准确率, 现代化的预报业务系统必不可少。现代观测系统不但提供如风压湿等常规观测数据,还提供大量的卫星、雷达等高时空分辨率数据, 同时, 数值模式也向高分辨率和集合预报发展, 在天气分析中使用的数据较过去大量增加,这就需要业务预报系统后台应用实现高效数据管理, 支持大数据应用, 提高数据管理、数据备份、数据检索与应用效率。
因此, 需要进一步加强MICAPS平台的建设, 体现对预报员实时业务应用的智能化支持, 完善各类资料传输、存储流程, 开发针对风廓线资料、GPS水汽等非常规资料的专用工具, 提高对高分辨率数值模式资料显示速度, 开发多物理量综合剖面显示功能模块和以客观订正技术为基础的暴雨预报客观订正模块, 增加暴雨诊断分析和暴雨预报智能化综合判断工具, 使其成为实时预报业务中快速、高效、稳定的暴雨天气综合分析预报平台。目前使用的业务平台MICAPS3的升级版本———MICAPS4将逐步实现上述功能。
结论
暴雨是我国最主要的一种灾害性天气, 对社会发展、民生福祉及国家安全都有深刻影响。过去的20年, 高分辨率的观测资料和数值模式不断发展, 基于模式的后处理、检验订正技术逐渐在业务中发挥作用, 各级预报员通过典型、疑难或预报失误个例的总结, 加深了对暴雨机理的认识, 我国暴雨预报业务在产品内容、形式、准确率和精细化程度等方面都取得了长足的进步。
为此,我们应进一步加强暴雨机理研究、预报技术开发及科研成果的业务化。暴雨形成机理复杂, 理论突破较难, 因此需要各级领导和部门继续重视暴雨基础研究和预报技术研发, 鼓励并保护广大科技人员的研究兴趣, 倡导为业务服务的科研开发, 促进科研成果真正转化为预报业务能力。
除此之外, 暴雨预报业务发展还需要高质量的现代化观测系统、科学合理的预报业务流程、技术流程,包括预报产品制作、发布的无缝隙对接等一系列保障措施, 这是一项值得持续深入探讨的课题。
END
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