大氣不穩定性越強，可預報性就越低

每經記者｜丁舟洋 王紫薇    每經編輯｜段煉 陳俊杰    

近期，多地酷暑難熬，高溫熱浪與極端暴雨頻發。

8月4日7時5分，湖北省武漢市氣象臺發布高溫紅色預警信號：預計4日白天，武漢市大部分地區最高氣溫將升至39℃~40℃，部分街道（鄉鎮）可達41℃以上，注意加強防范。

8月4日9時10分，北京市氣象臺發布暴雨橙色預警信號：預計4日12時至5日8時，大部分地區將出現1小時雨量70毫米或6小時雨量100毫米以上的強降水。北京豐臺區、房山區、門頭溝區發布暴雨紅色預警。

8月4日13時，北京市升級發布暴雨紅色預警信號，預計最強降雨集中在4日18時至5日5時。北京市防汛指揮部啟動全市防汛一級應急響應，請市民注意安全防范，并要求市民非必要不外出，非必要不要求員工到崗上班……

一個事實是，隨著全球氣候變暖，我們還將面臨更頻發、廣發、強發、并發的極端天氣事件。以極端降雨為例，精準預報難度在哪？如果無法苛求極為精準的預報，預警鏈怎樣有效運轉才能將災害損失降到最低？帶著這些問題，《每日經濟新聞》記者（以下簡稱NBD）專訪了北京大學物理學院大氣與海洋科學系教授張慶紅。她專攻中尺度氣象學方向以及與其相聯系的嚴重災害性天氣研究，同時擔任聯合國世界氣象組織High Impact Weather Project（高影響天氣項目）國際協調辦公室主任，致力于推進冰雹、暴雨等高影響天氣的研究、國際合作及公民科學。

大氣的不穩定性越強，大氣的可預報性就越低

NBD：極端降水的精準預報目前真的很難做到嗎？

張慶紅：舉例而言，我們此前研究過2021年鄭州“7·20”特大暴雨，得出的最重要結論是：這場暴雨如果再發生一次，以目前的科學發展水平，我們仍很難預測到“具體哪個小時將在鄭州降下201.9毫米的雨水”，也就是對極端短時強降水很難做定時、定點和定量的預報。

今年5月到7月，我參加了一個美國的大型冰雹觀測計劃。觀測計劃由全球100多位研究人員組成，投入上千萬美元，配備了4部移動雷達車等現代化觀測設備。我們兩個月時間，每天早上做預報，預測在哪個地點、大概什么時間段會出現冰雹天氣，然后根據預報結果追雹。結果是，一共預報了24個冰雹日，大概5~7次地面沒有發現冰雹。這已是目前世界高水平的預報，仍然存在不確定性。

NBD：精準預報極端降雨面臨的主要挑戰是什么？

張慶紅：極端降水的可預報性受限于目前的觀測系統、天氣預測模型，以及天氣系統本身的動力過程等。觀測系統的誤差來自觀測設備本身，還有觀測系統空間分布引起的可代表性誤差。即使觀測系統和天氣預報模型是完美的，極端降水的可預報性仍然受其本身的非線性等動力過程約束。

總體而言，極端降水的可預報性在氣候變暖的背景下面臨更大的挑戰。大氣溫度升高，可以容納水汽的能力也隨之增加。可以這么理解：大氣中貯存的“能量”更高了，這個能量一旦被釋放，它就可能產生更強的降雨。大氣的不穩定性越強，大氣的可預報性就可能越低。

NBD：北方地區夏季暴雨主要受什么影響？

張慶紅：大氣環流是影響地球降水空間分布和強度的核心因素之一。2021年7月20日，河南暴雨之后，我和我的學生把1979~2021年發生在華北平原所有的大氣環流型做了一個統計和分類，歸納出9個類型。

鄭州暴雨屬于T8型，這次北京極端降水事件（即北京近期147小時強降雨天氣過程，其中7月28日北京市氣象臺升級發布全市范圍內的暴雨紅色預警）的大氣環流也屬于這一類。歷史上這種環流型在北京地區產生過極端降水，（1979~2021年）北京地區極端強降雨已出現5次以上。

NBD：還有哪些極端天氣在預報上有難度？

張慶紅：雷暴、冰雹、龍卷風等極端天氣因其空間尺度小和突發性，均很難預報。世界氣象組織把野火也歸為極端災害天氣，起火原因多樣，目前也很難預報。

熱帶變寬，整個熱帶的北界和南界都擴展了

NBD：全球更高頻的極端天氣與全球變暖有關系嗎？

張慶紅：全球變暖讓極端天氣事件的頻率增加、強度增強，這件事是肯定的。但具體到某一次極端天氣上來，比如這次北京極端降水是不是全球變暖引發的？那還有爭議。

現階段我們發現，全球變暖已經導致局地大氣環流發生了變化。比如，美國西雅圖以往每年冬天幾乎一直下雨，但去年冬天西雅圖的雨水明顯減少。與此同時，原本冬季天氣還可以的溫哥華，去年冬天卻幾乎天天下雨。所以有人就懷疑冬季的雨帶是不是往北移了？

NBD：副熱帶高壓的北移是真的嗎？進而會帶來北半球雨帶的北移？

張慶紅：今年夏季副熱帶高壓的確較往年同期偏北。一些科學家提出，副熱帶高壓平均位置可能已經發生北移。

全球氣候變暖指的是全球平均溫度升高，但不意味著全球每個地方的氣溫都升高了，也許個別地方平均溫度還降低了。局地熱量收支的變化可能就導致了大氣環流的變化，這一改變已帶來目前大家公認的一個事實——熱帶明顯變寬了，整個熱帶的北界和南界都擴展了。

如果全球持續變暖，大氣中的不穩定能量會越來越強。那么一旦觸發，就很可能造成更強的極端降水，包括龍卷風、冰雹等極端天氣。

前年歐洲地中海地區發生了一次超大冰雹。在這場冰雹發生前期，當地經歷了持續一個月的高溫熱浪，高溫熱浪剛剛結束之際，意大利下了非常大的冰雹。

極端天氣預警，不再只是大氣科學的問題

NBD：當氣候變暖讓極端天氣更高頻，全社會應如何應對？

張慶紅：這是個很復雜但也很重要的問題。其實早在幾年前，世界氣象組織就提出“全民早期預警”倡議（Early Warning for All），目的就是在全球變暖背景下，更好地保護地球上的每一位公民，特別是發展中國家和欠發達地區人民的人身安全，免受極端天氣事件的威脅。

這對全球各國來說都是很大的挑戰。這張圖（見右上）比較形象地展示了從上游觀測到天氣預報、災害預報、影響預報以及預警的各個環節，在這個鏈條里，當預警信息從觀測到預報逐層往下發放，鏈條中所有信息都要完整、正確并及時傳遞至下一環節。

鏈條的六個環節中間隔著五道壕溝，都需要用一座座“橋”來將它們搭建起來。任何一座“橋”出現一點問題，就可能導致滿盤皆輸。所以我們提出一個概念：預警鏈的有效運轉需要全社會協同合作，政府、科研機構、媒體、公眾，缺一不可。

NBD：現在的極端天氣預警，不再只是大氣科學的問題？

張慶紅：對，它是跨學科、跨部門的系統工程。比如你們作為媒體，通過傳播科學知識、解讀風險信息，也是這個鏈條中的一環。

比如最后一個環節，涉及心理學范疇。我們所有的預警里，有時候會出現空報的情況。就像“狼來了”一樣，一旦出現空報，公眾就會降低對下一次預警的信任，所以我說這是一個綜合的學科。

NBD：我們的城市是不是也需要建立相應的機制，去適應這種極端天氣？

張慶紅：我了解到的情況是，我們的城市建設，比如說它的排水能力，幾乎都是按照歷史數據，比如過去幾十年最大降雨量，這樣的數值做參考而設計的。如果極端降水強度增加，那這個標準就不夠匹配，就可能造成城市內澇多發。如果建設未來的新城市，那我們需要把全球持續變暖的因素考慮進來，更新建設理念。

對于已經建成的城市，硬件方面短時間很難改善，我個人認為要用“后天補救”的方法，“軟件建設”非常必要且重要。也就是讓預警鏈條更有效地運轉，比如特大暴雨預警時，轉移預案的敏捷啟動。

封面圖片來源：視覺中國