减轻自然灾害，气象科技如何“跑赢”天灾？

今年10月8日，应急管理部会同自然资源部、中国气象局等相关部门和单位，对2023年前三季度全国自然灾害情况进行了会商分析。

前三季度，我国自然灾害形势复杂严峻，以洪涝、干旱、台风、风雹和地质灾害为主，低温冷冻和雪灾、地震、沙尘暴、森林草原火灾等也有不同程度发生。各种自然灾害共造成8911.8万人次不同程度受灾和巨大的经济损失。

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防灾减灾的第一道防线

在各类灾害中，洪涝是对人类生命财产安全危害最大，对经济社会发展稳定影响最广的自然灾害之一。【1】强降水作为一种气象灾害，是洪水泛滥的直接原因，并且会引发山洪、滑坡、泥石流等次生灾害，因此及时有效地发布暴雨、强对流等气象灾害预警信号是防灾减灾工作成败的关键，气象科技是筑牢防灾减灾第一道防线的力量源泉。

02

“千里眼”和“顺风耳”

为要做好暴雨和强对流等灾害天气的预报预警，首先需要“眼观六路，耳听八方，明察秋毫，知己知彼”，而气象卫星和气象雷达就是天气预报员最主要的“千里眼”和“顺风耳”。

自1988年我国成功发射第一颗风云卫星至2023年4月16日风云三号G星搭乘长征四号乙遥五十一运载火箭顺利升空，目前我国已发射21颗气象卫星，其中9颗在轨运行，分别实现了极轨卫星和静止卫星的业务化运行。风云气象卫星探测资料为台风、暴雨、冰雹、龙卷风等灾害性天气的监测提供了有力的支撑，尤其在对暴雨、冰雹、龙卷等中小尺度天气系统监测中，静止卫星高频次、高分辨率的观测云图动画可以“侦察”到中小尺度天气的起源、运动和发展过程，为中小尺度天气系统提供即时预报。同时，基于卫星遥感监测到的中尺度云团其尺度、持续时间和形状可对暴雨云团进行分类判识，以及对流云团判识和冷区追踪，有助于天气监测和预报更加准确及时。【2】

台风“杜苏芮”云系

图片来源：风云四号B星 国家卫星气象中心

气象雷达对灾害性天气过程的探测同样具有不可或缺的作用，其中天气雷达是对大气、云及降水物理探测的主要手段。目前我国建成的新一代多普勒天气雷达主要为S、C两种适合观测雨滴的电磁波波段，东部多雨地区以S波段天气雷达为主，西部地区以C波段天气雷达为主。气象雷达波形设计主要目的是根据天气系统不同结构特性、水平尺度与垂直尺度等因素，获得从晴空大气到降水和强对流天气的深厚对流信息。【3】气象学家结合环流条件和灾害机理对雷达回波图进行分析，总结了诸如“有界弱回波区”“弓形回波”“钩状回波”等特征，用以判识超级单体、飑线等强对流天气系统，进而对暴雨、冰雹、雷暴大风及龙卷等灾害性天气做出更加精准的预报。【4】如今，随着双偏振探测技术和相控阵探测技术逐渐完善，高时空分辨率和粒子形态探测能力日益加强，能够揭示风暴内部的微物理结构特征的双偏振有源相控阵天气雷达将成为新的发展方向。

03

气象预报预警——防灾减灾的“发令枪”

当预报员通过多种手段收集到丰富的天气资料并对重大灾害性天气有了初步预见后，对于暴雨、强对流等灾害性天气形成机理和预报方法的科技成果将帮助我们打响防灾减灾的“发令枪”。

暴雨研究在我国大气科学研究中具有举足轻重的地位。影响中国暴雨的重要天气系统有低空急流、副热带高压、锋面、热带气旋、西南低涡以及近来愈发引人关注东北冷涡等。针对与东亚夏季风环流关系密切的华南前汛期暴雨、梅雨锋维持的江淮梅雨、多尺度系统耦合下的华北短时强对流和强降水、东北冷涡背景下的东北暴雨、西南低涡引发的西南暴雨以及台风/热带气旋登陆时造成的极端暴雨灾害，气象学家深入研究了它们的环流背景、动力与热力结构、触发条件和时空变化特征，总结得到的暴雨理论为暴雨预报预警业务夯实科研基础。【5】

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我国数值预报起步较早，数值预报业务化进展也很快。叶笃正和曾庆存等老一辈科学家指导并推动了中国数值天气预报的发展，并且在数值天气预报模式发展的数学物理基础问题方面做出了重要贡献。【6】今天，为了定量估计大气预报不确定性，一种新型的暴雨数值预报方法—集合预报蓬勃发展，随着算法不断优化，暴雨预报业务从“主观天气过程预报”发展到“主、客观融合的定量降水预报”，并向包含预报不确定性信息的定量降水概率预报发展，一些暴雨事件的预报预警时效得到显著提高。未来，百米级气象数值模型的完善需要更精密完备的观测资料以及相应的资料同化技术和物理参数化方案，【7】道阻且长，行之将至。

时至今日，尽管公众仍然时有“天气预报不准”的刻板印象，然而，在大家的戏谑中气象科技的发展使得灾害性天气预报信息和气象灾害预警信号的准确率和时效性得到极大提高，并使其能够转化为各级政府和社会公众的防灾减灾行动力。“同自然灾害抗争是人类生存发展的永恒课题”，我们仍需完善的预警体系、提高灾害应急响应速度、加强灾害风险管理，用科技和智慧不断提高自身和全社会的防灾减灾能力。

参考文献：

【1】应急管理部发布2023年前三季度全国自然灾害情况--中华人民共和国应急管理部 (mem.gov.cn)

【2】高浩,唐世浩,韩秀珍.风云气象卫星发展及其应用[J].科技导报,2021,39(15):9-22.

【3】李柏.中国气象雷达技术发展及面临的挑战[J].气象科技进展,2022,12(05):37-46.

【4】 俞小鼎,郑永光.中国当代强对流天气研究与业务进展[J].气象学报,2020,78(03):391-418.

【5】罗亚丽,孙继松,李英等.中国暴雨的科学与预报：改革开放40年研究成果[J].气象学报,2020,78(03):419-450.

【6】陈正洪.气象科学技术通史（下册）[M]. 北京: 气象出版社, 2020:697-700.

【7】 马小娇,陈敏,黄向宇等.百米级气象数值模拟研究进展与展望[J].地球物理学报,2023,66(05):1911-1930.

作者：严俊 辽宁省气象灾害监测预警中心工程师

陈正洪 中国气象局气象干部培训学院正高级工程师