由于氣候變化，世界上許多地方的極端天氣、氣候和水事件正變得越來越頻繁和強烈。3月23日是世界氣象日，今年主題為“早預警、早行動：氣象水文氣候信息，助力防災減災”。

聚焦防災減災是不是意味著極端天氣在增多?極端天氣面前我省有哪些新穎的科技手段?氣象預警信息的發布手段有哪些?《科技周刊》記者采訪到氣象領域專家學者。

極端天氣和氣候預測難度變大

“今年世界氣象日主題之所以定為‘早預警、早行動’，正是由于氣候變化背景下極端天氣、氣候和水事件日漸多發、頻發、重發。”江蘇省氣象臺臺長康志明說，以暴雨為例，因其局地性、突發性和活動規律多變等特點，其形成機制迄今尚未被研究透徹，暴雨的精細化預報依然是氣象領域的一道難題。

“特別是極端暴雨的出現，其中還有中小尺度對流系統和地形等因素共同發生作用，當前的技術手段很難將這種復雜的相互作用機制揭示出來。”在康志明看來，及時監測和及早預警成為筑牢防災減災第一道防線的關鍵。

近年來，高溫、干旱、洪澇等極端氣候事件頻發，讓我們每個人都切身感受到了氣候變化帶來的影響。據美國國家海洋和大氣管理局發布報告稱，2021年美國共發生了20起極端天氣和氣象災難。2022年世界各地也已出現極端天氣，今年1月位于南半球的阿根廷，多地已出現40攝氏度以上極端高溫天氣。

“今年仍然處于‘拉尼娜’年的影響中。”南京信息工程大學水文與水資源工程學院院長袁星表示，出現“南旱北澇”的概率會上升，但由于氣候系統的復雜性，每次拉尼娜事件的影響不盡相同，且全球變暖讓大氣積攢的能量變得更強，呈現旱澇或者冷暖交替變化劇烈的階段性特征。

面對更加頻繁的極端天氣氣候事件,相應的預報與預測正變得更具挑戰性。對極端氣候的預測，目前還是粗輪廓的描繪，“比方說今年是偏冷還是偏熱，偏旱還是偏澇。”袁星說，極端天氣氣候除了全球氣候變暖的大背景，還受到很多復雜因素的影響。

“觀測數據不足、可以研究的樣本數量匱乏，都會影響我們總結其發生發展規律。”袁星認為，目前的氣候模型還沒有精確、全面地捕捉到導致極端天氣的因素，現有模型或許低估了人類活動、氣候變化等對極端天氣事件的影響程度。

極端氣候相關的影響因素有多復雜?“大氣環流是一個相對復雜的系統，不能說某一個因素起到決定性作用。”袁星舉例說，去年河南鄭州的暴雨不僅受到大陸高壓、太平洋副熱帶高壓的影響，還疊加臺風“煙花”的影響，跟當地的地勢也有很大關系，當地特殊的地形導致降雨范圍集中，雨勢更強。“因此，傳統預測方式已經不滿足當下需求，我們需要更精準、更復雜的模型，不僅關注到天上的‘風云變幻’，水文等陸地上的預報也要跟上。”袁星表示，需要加強高影響天氣預報和氣候預測在水利、市政、農業、生態等部門的應用。

助力防災減災，江蘇科技手段在支撐

如果說衡量大氣物理特征長期平均狀態的氣候預測難度變大，那么對大氣中的風、云、霧、雨等各種自然現象的預測則是難上加難。“天氣是指短時間內，比如幾分鐘內或者幾天內發生在大氣中的現象。”康志明解釋說，短時雨雪天氣精準預報有“盲區”，近年來，我省氣象部門高度重視氣象科技研發，特別是南京氣象科技創新研究院成立三年來，匯聚頂尖人才，對標氣象科技前沿，針對實際業務中出現的難點，攻克難關，精準預報的“盲區”正在不斷縮小。

回顧冬天江蘇的降雪預報，以往數值天氣模式考慮積雪效益，對雪后氣溫預測會偏低。“業務中的氣溫預報模型建立在數值模式產品基礎上并對其進行訂正，天氣比較平穩時預測溫度與實際溫度持平，但當氣溫變化大時模型預報會產生偏差。”康志明解釋，氣象臺創新研發了訂正辦法，針對降雪等特殊情況提前判斷，優化算法，提高時空分辨率，在今年1月底預報的全省大范圍雨雪天氣中，預報溫度和實際溫度接近。

3月16日至18日，江蘇降水的同時還伴隨大風，給海上作業的漁民帶來一定影響。“致災性大風預警也是我們持續攻關的領域，但海上大風的監測預警存在一個很大的盲區。”康志明解釋，以去年4月30日發生的大風為例，當日強對流系統從北往南“掃”過我省，在南通的海上有一個明顯加強的過程。“與陸地上稠密的自動觀測網相比，海上手段要薄弱得多。由于缺乏觀測，當天氣系統入海重新加強，成為監測預警業務中很大的挑戰。目前我們正在研發基于機器學習的雷達和衛星的融合模型，模擬海上雷達信息來彌補海上強對流天氣監測的不足。”

防災減災，預警為先。在江蘇，每一條氣象預警都會從江蘇省突發事件預警信息發布中心權威發出。“發布預警信息也蘊藏著科技含量。”江蘇省突發事件預警信息發布中心主任李娟說，為提高預警發布效率，我省投入專項經費建立了預警短信專用通道。“短信通道提速擴容后，發送速率由600到800條每秒提升到5000到8000條每秒，速率全國領先。”李娟介紹，依托與省通訊管理局合作研發的專用技術通道，江蘇預警發布信息實現省內外在網用戶動態捕捉，覆蓋精度達到3公里，從2018年5月上線至今，已發布4萬多條預警信息，預警短信覆蓋應急責任人超過9000萬人次，預警服務社會公眾超過10億人次。

預警之后，就是行動。“每當重大氣象災害來臨，江蘇省氣象部門都會加強與應急管理部門的會商研判，聯合發布氣象災害應對工作提示單。”康志明舉例，去年江蘇氣象、公安以及交通等部門深度合作，在徐州試點探索建立惡劣天氣交通預警處置試點，確保災害天氣早預警、早行動。2021年11月4日，徐州出現濃霧，在濃霧臨近預報和濃霧短時預警指導下，徐州交警立即采取應急處置措施，一方面區域限速，一方面引導正在通行的汽車進入服務區等待大霧散去，確保夜間高速通行安全。目前，該成果已經在全國31個省市108條路段推廣應用。

超高分辨率模型助力極端氣象水文氣候預測

今年世界氣象日主題重點提到氣象水文氣候信息早預警早行動，加強國家氣象水文部門、災害管理部門和發展機構之間的協作對于更好地防災、備災和救災至關重要。在袁星看來，要預測極端的氣象、水文、氣候事件，水文氣候模型要精準到千米、百米，乃至米級尺度，這需要將傳統的物理模型與大數據、超級計算等新興科技手段相結合，更加精準模擬真實的地球系統。

“總體來說，隨著人類觀測手段越來越多、超級計算機技術的發展，我們的預測模型已經越來越復雜、計算也越來越精細，模型分辨率大大提升。”袁星說，但復雜模型需要有較長時間尺度的資料支撐，還要納入不同圈層中氣象、水文、人類活動的過程，因此不確定性大大增加，“比如我們正在研究城市擴張以及水庫調度影響下的水文氣象災害形成與演進機理，研制相應的模型進行預報預警，以此提升洪澇、干旱等災害預測精度。今年3月，學校剛獲批籌建水利部水文氣象災害機理及預警重點實驗室，研制高分辨率水文氣象耦合預報模式是實驗室建設的重要內容之一。”

要了解未來的氣候變化，過去的氣象歷史資料十分重要。但受制于當時的觀測水平，幾十年前的氣象資料還比較“粗”，中國氣象局去年發布了一套自主研制的全球再分析數據，利用模式模擬的數據，通過資料的訂正融合，再生產出一套數據，使他們更接近于真實數據。“過去這方面技術我們一直受制于歐美國家，現在我們用自主研發的技術，‘重建’過去幾十年跟氣候氣象相關的要素，這對于極端氣候預測模型的建立和檢驗模型有很大助力。”袁星表示，除了歷史資料，我們還需要積累更多高分辨率的資料，“如何挖掘大數據之間的聯系，這也為人工智能留出了用武之地。”

隨著干旱、暴雨、高溫、臺風等極端氣候災害頻繁發生，加強災害性天氣氣候預測研究任重道遠。在全球氣候變化的影響下，干旱影響的區域正在悄悄發生改變，中國原本濕潤的地區或將頻發驟旱事件。袁星告訴記者，北方干旱是一種緩慢發展的氣候現象，南方干旱的特點是發展迅速、強度很大。通過模型計算，袁星及其合作者曾預測，到本世紀中葉，貴州、廣西、廣東、浙江等南方濕潤地區的驟旱風險將增加40%。袁星表示，關于驟旱對植物生長、自然生態等會產生什么樣的影響，如何進行客觀評價，還需要更多學科的專家學者和各部門的協作攻關，開展更加廣泛深入的研究，建立相應的早期預警系統，才能更好地開展驟旱防治。(張宣 楊頻萍 孫嘯)