由于气候变化，世界上许多地方的极端天气、气候和水事件正变得越来越频繁和强烈。3月23日是世界气象日，今年主题为“早预警、早行动：气象水文气候信息，助力防灾减灾”。
聚焦防灾减灾是不是意味着极端天气在增多？极端天气面前我省有哪些新颖的科技手段？气象预警信息的发布手段有哪些？《科技周刊》记者采访到气象领域专家学者。
极端天气和气候预测难度变大
“今年世界气象日主题之所以定为‘早预警、早行动’，正是由于气候变化背景下极端天气、气候和水事件日渐多发、频发、重发。”江苏省气象台台长康志明说，以暴雨为例，因其局地性、突发性和活动规律多变等特点，其形成机制迄今尚未被研究透彻，暴雨的精细化预报依然是气象领域的一道难题。
“特别是极端暴雨的出现，其中还有中小尺度对流系统和地形等因素共同发生作用，当前的技术手段很难将这种复杂的相互作用机制揭示出来。”在康志明看来，及时监测和及早预警成为筑牢防灾减灾第一道防线的关键。
近年来，高温、干旱、洪涝等极端气候事件频发，让我们每个人都切身感受到了气候变化带来的影响。据美国国家海洋和大气管理局发布报告称，2021年美国共发生了20起极端天气和气象灾难。2022年世界各地也已出现极端天气，今年1月位于南半球的阿根廷，多地已出现40摄氏度以上极端高温天气。
“今年仍然处于‘拉尼娜’年的影响中。”南京信息工程大学水文与水资源工程学院院长袁星表示，出现“南旱北涝”的概率会上升，但由于气候系统的复杂性，每次拉尼娜事件的影响不尽相同，且全球变暖让大气积攒的能量变得更强，呈现旱涝或者冷暖交替变化剧烈的阶段性特征。
面对更加频繁的极端天气气候事件,相应的预报与预测正变得更具挑战性。对极端气候的预测，目前还是粗轮廓的描绘，“比方说今年是偏冷还是偏热，偏旱还是偏涝。”袁星说，极端天气气候除了全球气候变暖的大背景，还受到很多复杂因素的影响。
“观测数据不足、可以研究的样本数量匮乏，都会影响我们总结其发生发展规律。”袁星认为，目前的气候模型还没有精确、全面地捕捉到导致极端天气的因素，现有模型或许低估了人类活动、气候变化等对极端天气事件的影响程度。
极端气候相关的影响因素有多复杂？“大气环流是一个相对复杂的系统，不能说某一个因素起到决定性作用。”袁星举例说，去年河南郑州的暴雨不仅受到大陆高压、太平洋副热带高压的影响，还叠加台风“烟花”的影响，跟当地的地势也有很大关系，当地特殊的地形导致降雨范围集中，雨势更强。“因此，传统预测方式已经不满足当下需求，我们需要更精准、更复杂的模型，不仅关注到天上的‘风云变幻’，水文等陆地上的预报也要跟上。”袁星表示，需要加强高影响天气预报和气候预测在水利、市政、农业、生态等部门的应用。
助力防灾减灾，江苏科技手段在支撑
如果说衡量大气物理特征长期平均状态的气候预测难度变大，那么对大气中的风、云、雾、雨等各种自然现象的预测则是难上加难。“天气是指短时间内，比如几分钟内或者几天内发生在大气中的现象。”康志明解释说，短时雨雪天气精准预报有“盲区”，近年来，我省气象部门高度重视气象科技研发，特别是南京气象科技创新研究院成立三年来，汇聚顶尖人才，对标气象科技前沿，针对实际业务中出现的难点，攻克难关，精准预报的“盲区”正在不断缩小。
回顾冬天江苏的降雪预报，以往数值天气模式考虑积雪效益，对雪后气温预测会偏低。“业务中的气温预报模型建立在数值模式产品基础上并对其进行订正，天气比较平稳时预测温度与实际温度持平，但当气温变化大时模型预报会产生偏差。”康志明解释，气象台创新研发了订正办法，针对降雪等特殊情况提前判断，优化算法，提高时空分辨率，在今年1月底预报的全省大范围雨雪天气中，预报温度和实际温度接近。
3月16日至18日，江苏降水的同时还伴随大风，给海上作业的渔民带来一定影响。“致灾性大风预警也是我们持续攻关的领域，但海上大风的监测预警存在一个很大的盲区。”康志明解释，以去年4月30日发生的大风为例，当日强对流系统从北往南“扫”过我省，在南通的海上有一个明显加强的过程。“与陆地上稠密的自动观测网相比，海上手段要薄弱得多。由于缺乏观测，当天气系统入海重新加强，成为监测预警业务中很大的挑战。目前我们正在研发基于机器学习的雷达和卫星的融合模型，模拟海上雷达信息来弥补海上强对流天气监测的不足。”
防灾减灾，预警为先。在江苏，每一条气象预警都会从江苏省突发事件预警信息发布中心权威发出。“发布预警信息也蕴藏着科技含量。”江苏省突发事件预警信息发布中心主任李娟说，为提高预警发布效率，我省投入专项经费建立了预警短信专用通道。“短信通道提速扩容后，发送速率由600到800条每秒提升到5000到8000条每秒，速率全国领先。”李娟介绍，依托与省通讯管理局合作研发的专用技术通道，江苏预警发布信息实现省内外在网用户动态捕捉，覆盖精度达到3公里，从2018年5月上线至今，已发布4万多条预警信息，预警短信覆盖应急责任人超过9000万人次，预警服务社会公众超过10亿人次。
预警之后，就是行动。“每当重大气象灾害来临，江苏省气象部门都会加强与应急管理部门的会商研判，联合发布气象灾害应对工作提示单。”康志明举例，去年江苏气象、公安以及交通等部门深度合作，在徐州试点探索建立恶劣天气交通预警处置试点，确保灾害天气早预警、早行动。2021年11月4日，徐州出现浓雾，在浓雾临近预报和浓雾短时预警指导下，徐州交警立即采取应急处置措施，一方面区域限速，一方面引导正在通行的汽车进入服务区等待大雾散去，确保夜间高速通行安全。目前，该成果已经在全国31个省市108条路段推广应用。
超高分辨率模型助力极端气象水文气候预测
今年世界气象日主题重点提到气象水文气候信息早预警早行动，加强国家气象水文部门、灾害管理部门和发展机构之间的协作对于更好地防灾、备灾和救灾至关重要。在袁星看来，要预测极端的气象、水文、气候事件，水文气候模型要精准到千米、百米，乃至米级尺度，这需要将传统的物理模型与大数据、超级计算等新兴科技手段相结合，更加精准模拟真实的地球系统。
“总体来说，随着人类观测手段越来越多、超级计算机技术的发展，我们的预测模型已经越来越复杂、计算也越来越精细，模型分辨率大大提升。”袁星说，但复杂模型需要有较长时间尺度的资料支撑，还要纳入不同圈层中气象、水文、人类活动的过程，因此不确定性大大增加，“比如我们正在研究城市扩张以及水库调度影响下的水文气象灾害形成与演进机理，研制相应的模型进行预报预警，以此提升洪涝、干旱等灾害预测精度。今年3月，学校刚获批筹建水利部水文气象灾害机理及预警重点实验室，研制高分辨率水文气象耦合预报模式是实验室建设的重要内容之一。”
要了解未来的气候变化，过去的气象历史资料十分重要。但受制于当时的观测水平，几十年前的气象资料还比较“粗”，中国气象局去年发布了一套自主研制的全球再分析数据，利用模式模拟的数据，通过资料的订正融合，再生产出一套数据，使他们更接近于真实数据。“过去这方面技术我们一直受制于欧美国家，现在我们用自主研发的技术，‘重建’过去几十年跟气候气象相关的要素，这对于极端气候预测模型的建立和检验模型有很大助力。”袁星表示，除了历史资料，我们还需要积累更多高分辨率的资料，“如何挖掘大数据之间的联系，这也为人工智能留出了用武之地。”
随着干旱、暴雨、高温、台风等极端气候灾害频繁发生，加强灾害性天气气候预测研究任重道远。在全球气候变化的影响下，干旱影响的区域正在悄悄发生改变，中国原本湿润的地区或将频发骤旱事件。袁星告诉记者，北方干旱是一种缓慢发展的气候现象，南方干旱的特点是发展迅速、强度很大。通过模型计算，袁星及其合作者曾预测，到本世纪中叶，贵州、广西、广东、浙江等南方湿润地区的骤旱风险将增加40%。袁星表示，关于骤旱对植物生长、自然生态等会产生什么样的影响，如何进行客观评价，还需要更多学科的专家学者和各部门的协作攻关，开展更加广泛深入的研究，建立相应的早期预警系统，才能更好地开展骤旱防治。
http://xh.xhby.net/pc/layout/202203/23/node_11.html新华日报2022年03月23日11版