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强对流天气为什么最难报?

来源:中国气象报社   发布时间:2016年08月19日16:05
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  进入汛期,雷电、冰雹、大风、短时强降雨相继发生,甚至在今年6月23日,江苏盐城遭遇了龙卷风冰雹灾害,这些都意味着我国强对流天气高发期的到来。俗话说“雹打一条线”、“雨隔一条路”、“东边日出西边雨”等,这些都形象说明对流天气的特点。

漫画“东边日出西边雨”

  破坏力和局地性极强

  强对流天气的预报之所以是所有的天气类型中最难预报的,原因还要从它究竟是什么、怎样发生的说起。

  强对流天气,则是指发生突然、天气变化剧烈、破坏力极大,常伴有雷雨大风、冰雹、飑线、龙卷、短时强降水等强对流灾害性天气。强对流天气容易造成灾害,破坏性、影响性比较强。此外,局地性较强,空间范围较小,持续时间或者生命期比较短,却能在短时间内释放出强大的力量。这一特性使得强对流天气家族中的每种天气现象都拥有着极强的破坏力和灾害性。

  在我国,强对流天气常发于春夏两季,这两季发生的强对流天气对城市和农村的影响也各有不同。在春季,经常出现的是冰雹大风,容易破坏建筑物,甚至造成人员伤亡;对于农业生产而言,则会摧毁农作物,破坏农业设施。强对流天气多发生在夏季,这段时间里气温高、湿度大,为对流产生提供了有利的温度层结和水汽条件。在一天当中对流天气往往形成在午后到傍晚,有时可以持续到前半夜,这和气温的日变化密切相关。夏季经常“光临”的则是短时强降水以及雷暴大风等,排水设施较差的城市可能引发内涝,而在地质结构薄弱的地区,易出现山洪、山体滑坡、泥石流等自然灾害,短时强降雨也会使江河湖水位在短时间内迅速升高引发洪水,威胁人们的生命和财产安全。

  强对流天气预报是一道世界性的难题

  尺度小又迅速发展的天气系统,在气象上来讲是预报的难点。在目前的观测条件下,不仅是中国,放眼世界各国,对于其信息的掌握也都还不够全面,因此对这种天气的认识和了解还存在着一定的局限性。强对流天气的难以预测性是国内外从事气象预测和科学研究的专家、学者共同的认识。

  现在世界上各个国家对于可能性的预报都只是潜势预报,即在某一个相对比较长的时间段里,某个地区可能会有对流天气的发生。由于时段较长,所以只能全面地给出一个大范围的预报,并不特别具有针对性。所以为了做好有针对性的服务,世界各国就采取临近预警方式来加强服务和指导。

  短时强降水当属强对流家族中较容易预报的一种天气现象。夏季很多降雨是稳定性降水和对流性降水混合的,对流性降水往往在短时间内降水量很大,带来的影响也非常大。近年来,我国在短时强降水落区预报准确率逐年稳步提升的同时,小时雨量强度的预报提高了强对流天气预报的精细化水平和服务能力。

  雷电灾害是强对流天气造成的主要灾害之一,由于雷电形成迅速给其预警预报带来了极大的困难,国内外研究和业务人员围绕雷电短时预报做了大量的研究,利用中尺度观测系统、雷达、卫星和雷电定位系统等获得观测资料以及数值预报模式产品,开展了雷电天气的临近预报技术开发和业务运行,例如美国目前可以给出3小时后的累点发生概率产品。我国的雷电预警预报技术和方法的研发近年来才刚起步,主要以雷电临近预报产品和雷电预警预报系统为主。但雷电的预警预报由于受对雷电本身物理过程认识不足等原因,到目前为止还没有十分成熟的业务系统。

  龙卷风由于其属于小尺度天气系统或者小概率事件,其时间、空间随机性较强,目前绝大多数的气象探测设备和探测系统都无法有效监测、追踪龙卷风的发生发展。因此,即使是在美国,尽管其已经开展了多年的龙卷风预报和监测,气象监测站距离逐年缩小,雷达网也日趋健全,但仍然难以准确预报,预警时间依然有限。

  冰雹的预报也存在着较大的困难。只要大气条件适合,在任何地方都会有冰雹出现。同时,预兆着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,这就更增加了预报的难度。目前数值天气预报可以给出冰雹形成的一些相关气象要素条件,但并不能直接给出冰雹大小的最终预报结果。冰雹的预报主要还是通过预报员对各类天气要素的把握,再根据历史资料等综合分析而得出。目前冰雹预报的重点在于报准“下不下”,而预判冰雹大小,涉及的要素更为繁多,机理更加复杂,目前还只能是粗略的估测,无法应用到业务中。气象专家试图通过雷达回波识别冰雹粒子的大小,通过冰雹探测算法,判别出现各尺寸冰雹的概率、强冰雹的概率并估计最大冰雹直径。这一方法可用于距离天气发生1小时内的临近预报,目前尚不成熟,效果还有待检验。在对冰雹的预报上,目前只能更多依靠多普勒雷达进行连续监测,尽可能在强对流天气发生的临近时刻发现冰雹特征,并及时通过预警的形式向公众发布。

  多种强天气预报预警产品

  天气预报从预报服务时效上可分为临近预报、短时预报以及短期预报。临近预报是0-2小时内的天气预报,短时预报是指2-6个小时内的天气预报,超过6小时的天气预报则被划分到短期预报中。在这三种时效的预报中都有针对强对流天气的预报预警产品。

  目前,中央气象台可提供最长72小时的各种强对流天气预报产品,在强对流天气发生前发布强对流天气预警,对可能发生的强对流天气根据时间和范围进行预警。各级气象部门还会针对当地发生的天气过程发布针对某一天气现象的预警,如雷电预警、冰雹预警、大风预警等。

  集合预报产品助力预报预警

  由于导致强对流天气的系统属于中小尺度天气系统,很难被常规气象观测网捕捉到,因此非常规观测资料(自动站、雷达、卫星、雷电全球定位系统、风廓线雷达等)及其融合、同化资料和中尺度数值模式资料是进行强对流天气短时和临近预报的主要资料基础。目前,美国、英国、加拿大、澳大利亚、法国、日本、韩国和我国都建立了强对流天气短时临近预报系统。

  集合预报产品为预报员提供了更多可能性供其参考。对流尺度的集合预报系统具有更高的时空分辨率,能够刻画出天气系统之中的精细结构且同化出更多信息,物理过程更接近实际情况,因此,这一系统能够更好地模拟更小尺度的局地灾害性天气,较精确地预报垂直空间尺度较大、发展比较旺盛的对流性天气系统。在强对流天气预警中,快速更新的静止气象卫星图像作为监测的重要辅助手段,配合作为主要监测工具的雷达图像,可帮助预报员提前更长时间发布预警信息。

  注:本文根据中国气象网相关文章及国家气象中心强天气中心高级工程师刘鑫华访谈整理改编 策划改编:苏杰西

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