天气预报难在哪儿?
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天气预报难在哪儿?


来 源:中国气象报     发布日期:2017/6/14

    “说好的暴雨怎么下到隔壁县了”“为什么鸡蛋大的冰雹都无法预报”……随之而来的,是公众对气象预报的质疑。追求更高的天气预报准确率,既是公众的需求,也是气象工作者永恒的目标。做出准确的天气预报究竟难在哪儿?

  对大气自身活动的随机性难以准确把握

  大气科学界普遍认同,内在随机性使得人们对于未来大气运动的描述不可能做到精雕细刻。在随机性的多重影响下,气象预测的结果,往往是一系列预测结果的“集合”。无论是经验预报还是数值预报,千百年来,人类预报天气、预测气候,本质上就是在寻找这一“集合”中发生概率最大的值,即“最佳结果”。

  然而,任何一种预测结果都存在风险,“发生概率最大”并不意味着“一定发生”。而人们对大气运动“小概率事件”的不同理解,可能导致预报结论出现较明显的差异。“大气运动中包含着各种尺度的运动,各种运动间也存在相互作用。应当说,人们对大气的认识是不断加深的,也是永无止境的。”北京市气象台首席预报员孙继松感慨道。

  “举例来说,大气环流变化往往影响雨带位置。但当环流系统可预报性较低或不同系统间存在相互作用时,微小的差异就会使雨带位置预报的准确率受到影响。”中央气象台高级工程师代刊说。

  如今,天气预报技术已由单一的天气经验预报转变为以数值预报产品为基础、多种观测资料综合应用的现代技术。数值预报的出现,某种意义上就是人类“对抗”大气运动随机性的“武器”。数值预报虽然得出的也是一个“概率”,但由于其考虑各种影响因素更全面,数据运算更客观,避免了主观干扰,因而对各种“可能性”的指向更为明晰,其应用与发展也带动了天气预报准确率的提升。

  复杂地形地貌导致天气演变过程的不确定性

  除去大气运动自身的随机性,地形地貌等干扰因素也导致了天气现象演变过程的不确定性。正所谓“一山有四季,十里不同天”。

  譬如,我国横断山脉的东西部气候差异就非常典型。西部受西南季风影响多产生地形雨,山脉西侧缅甸密支那平原上年降雨量1600毫米左右,但山脉东侧金沙江河谷中的奔子栏年降雨量却仅有245毫米,相当于沙漠地区的降雨量。

  又如,洞庭湖因为拥有广阔水域作为大气活动的下垫面,其上空及周边异常天气活动频繁,有时明明受副热带高压下沉气流控制,湖面上却会出现极为强烈的对流活动。

  再如,每到冬天,新疆乌鲁木齐的上空总会被浓雾笼罩,当地冬季出现浓雾年平均日数均在10天左右。而大雾天气与准格尔盆地密不可分。冬季,当准格尔盆地受到外来天气系统影响出现降雪时,盆地内积雪反射太阳光,加速盆地冬季稳定逆温层的形成,使得盆地温度明显低于周围地区,从而形成持续性冬雾。

  此外,当下垫面由自然状态转化为庞大城市群时,气象预报的复杂性更为显著。这也是为什么气象工作者愈发关注包括“热岛效应”在内的城市对大气活动影响的原因。

  2012年,北京“7·21”特大暴雨给人们留下深刻的印象。为何此次暴雨如此凶猛?北京市气象台台长乔林说,除了北方南下冷空气和强盛西南暖湿气流在华北一带剧烈交汇,特殊地形对这次天气过程起到了“推波助澜”的作用——西部和北部环山的地形,使被堵截的气流更加“勤奋”地做抬升运动。在这种情形下,一遇到冷空气活动,对流云团就即刻得到强烈发展,让人猝不及防。

  要想“越过”地形地貌这只人类追求更精准预报之路上的“拦路虎”,很重要一点在于,要在分析大气运动规律时,特别是进行数值模式运算时,科学纳入对地貌影响因素的考量。但难度在于,特殊地形地貌环境下气象观测资料的缺乏,导致数值预报模式中很难准确量化地形地貌对大气活动的影响。

  预报各环节不确定性及能力局限影响准确率

  此外,受现有科学认识水平、预报技术及监测手段等制约,在对某些天气现象或某类气象要素的预报方面,能力尚难以满足准确预报的需求。

  如降水预报,特别是尺度较为精细的降水落区预报,一直是预报技术的薄弱环节。即使预报员准确捕捉到一轮降水过程,但某些地区还是可能会出现漏报或空报的情况。中央气象台首席预报员马学款说,大气系统里的降水是不均匀的,好比是一盆往外泼的水,通常都是不均匀地落在地面上,会有被淋湿的地方,也会有没被淋到的地方,实际的落区会与预计的落区有所差异。这就是出现大范围降水过程中局地可能会出现漏报与空报的原因。

  再如冰雹天气。由于其属于一种尺度很小、生命史很短的突发性强对流天气,局地性特别强、受地形影响很大,因此,对冰雹的预报属于世界性难题。从技术上看,冰雹云团并不是孤立存在的,周边往往有多个雷雨云团,预兆冰雹出现的特征容易被强降水、雷雨大风等天气特征所掩盖;有些时候,地面热力条件较好对强对流的发生发展有利,却因为热力条件太好,冰雹在坠落过程中就被融化了。目前,气象部门一般通过天气雷达等手段,对冰雹等强对流天气进行短时临近预警,但要想提前较长时间、精细到更小范围进行预报,实在难以实现。

  同样是小尺度的强对流天气,如龙卷风、下击暴流等,针对它们的准确预报,也是目前各国都难以实现的。美国是龙卷风发生最为集中的国家之一,因此,其也是世界上研究龙卷风发生及预报机理最为成熟的国家之一。然而,美国的龙卷风空报率仍然超过70%,且龙卷风预警提前时间仅为14分钟,专家认为,其继续提升的空间已非常有限。

  “天气预报看似简单,实际是一个浩大的系统工程。其会受到客观以及主观因素影响。每个环节都存在某些不确定性,每一次预报结果不可能都与实际一致。提高天气预报的准确率需要艰苦而持续的努力。”国家气象中心主任毕宝贵说。
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