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城市内涝积水深度能预报吗?

来源:中国气象报社   发布时间:2016年08月19日16:06
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  7月20日,北京迎来入汛以来最大降雨天气过程,部分地区达特大暴雨量级。这次降雨持续时间长、总量大、范围广、雨势相对平缓,降雨总量超过“7?21”特大暴雨。就在20日傍晚,微信紧急上线了新功能——城市积水查询。百度地图也与防汛办合作推出积水地图。在百度地图客户端搜索“积水地图”就可以查看实时的积水点情况。早在武汉发生内涝时,百度地图也曾实时标注出168个积水点,方便人们出行。

  微信积水查询图(左)和百度积水地图(右)。

  两张积水查询图均把城市内涝的积水级别做了一个划分,微信分为重度积水、中度积水、轻度积水,百度地图分为严重积水、中度积水、轻度积水、暂无数据。目前,它们与北京市防汛办进行了合作,而这些积水数据也均来自市防汛办。细心的朋友可以看出,地图上标注出的积水点都是实时的,而不是预报预测的结果,那么回到我们的问题,城市内涝积水深度能预报吗?

  难点一:城市化导致大城市降水量和强降水事件增多

  城市暴雨内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。我国的快速城市化正在改变大城市的气候,中国工程院院士徐祥德曾指出,大城市对降水强度和降水量分布有影响,在都市区及其下风方向有降水强度加大、降水量增多的效应。

城市热岛效应示意图。

  城市对降水的影响主要表现在盛夏的对流性降水。城市由于热岛效应,使空气层结不稳定,城市上空的空气对流发展旺盛,城区和郊区湿度差也逐渐增大,容易产生强对流天气,有利于形成对流云和对流性降水,包括各种强度的强降水和暴雨事件。

  城市的建筑物导致城市下垫面粗糙度增大,引起机械湍流,对移动滞缓的降水系统有阻障效应,使其移动速度减慢,因而导致城区的降水强度增大,降水的时间延长。建筑群还使城区的平均风速减小,使湿润的空气在城区堆积,夏天的雷雨变得更加猛烈。另外,排放到大气中的污染物中如果含有特别大的水溶性颗粒物,这些大颗粒物可能也会诱发降水过程。因此,大城市特殊的下垫面和人为热排放等可使局地对流性降水增多,降水总量和降水强度增大。

  强对流天气特别是突发性强对流天气,由于其尺度小、生命史短、局地性强、受地形影响大等特点,一直是预报的难点。即使目前,气象部门一般通过天气雷达等手段,对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,尚难以实现。

  难点二:精细化降水落区预报是预报技术的薄弱环节

  看天气预报的朋友们,经常会听到一个词“局地”,“局地降水量达多少”“局地暴雨”等等。局地到底是哪里?这是不少人藏于心底的疑惑。当预报员准确捕捉到一轮降水过程,预报某个地区会出现降水时,却还是有该地区的部分区域没有降水,这就出现漏报或空报的情况,也是“局地”的由来。

  谈到城市内涝,我们常希望替代“局地”的是精确的降水区域和降雨量级,以此推算城市积涝区域,进而采取相应的应对措施。而实际上,降水落区预报,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。

  众所周知,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”。

精细化格点预报界面。

  100%精细化准确预报不可能,那么围绕100%准确的努力确从没有停止过。早在2014年,中央气象台使用降水中心值预报技术。与传统降水落区预报不同,降水中心值预报可以使降水预报初步向定点、定时、定量的目标靠近,解开公众心中“局地在哪里”的谜团。2016年4月,格点化气象要素预报系统通过测试评审,格点化预报可达到5公里x5公里的空间分辨率,定点、定时、定量预报降水、温度、湿度、风向、风速、能见度等气象要素。

  目前,预报员是以数值预报产品为基础,综合运用各种信息得出预报结论。网络的精细与否影响预报预警的精细化程度,与人们感受到“天气预报准不准”也有直接关系。重庆市气候中心高级工程师孙佳指出,对气象部门来说,不断提高预报预测的精准度和精细化水平,是现阶段应对城市内涝最直接、最迫切的需求。

  难点三:同样的城市内涝,不同的预报需求

  不同人群和不同行业,对积水的敏感程度是不同的。举个例子,同样住在地势低洼的小区,一楼住户比同一楼栋的高层住户对暴雨的警惕程度更高一些;自驾出行比乘坐公共交通工具出行的行人更关心道路积水程度。各行各业对灾害性天气的敏感程度不同,不同行业用户应对灾害性天气的防范措施也千差万别。

暴雨引发城市内涝。来源:新华网

  如何满足不同的需求,给予不同的预警预报服务?

  北京城市气象研究所研究员扈海波指出,预防城市积涝,除做好精细化准确率高的降水量、降水落区等预报外,还应做好城市灾害风险隐患点普查,完善灾害风险区划。技术上,基于城市水文模型进行模拟分析,圈定易发洪涝及积涝点,进而判断积涝风险阈值、划分高风险区域等;分析造成城市积涝高风险区域的原因,比如城市化造成不透水地表面积扩大、汇水面积改变以及排水能力差等,配合气象风险分析,指出亟待补救或整治的区域。面向公众或服务对象的气象预警预报产品,气象部门可以给出灾害性天气的风险预警或概率预报信息,公众可以依据天气灾害风险状况,自行采取防范及规避措施。

  城市内涝积水深度能否预报?目前,气象部门还没有这一针对性产品,它更像气象灾害风险预警,为政府相关部门科学决策提供依据,提高防灾减灾社会经济效益;帮助公众规避风险,合理安排工作和出行,避免和减少损失。气象部门也一直围绕需求,提高城市气象防灾减灾的各项精细化预警预报工作。

  当然,我们更希望有一天,公众不再需要城市内涝积水深度预报,因为城市内涝这一灾害已离我们很远很远。

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