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智慧气象揭秘风云变幻

发布时间:2021年02月04日 来源:新华日报

    

图片来源:视觉中国

  梅雨季节,你看得最多的是什么?天气预报肯定有一席之地,作为每天出门前的天气预警工具,它决定着你是否可能被淋成落汤鸡。

  制作天气预报是个非常繁琐的过程,需要依次搜集过去一段时间从地面到高空的气象数据。这些气象数据从何而来?又到哪里去?江苏省气象台首席预报员告诉你,天气预报数据采集于“天地空”,经过分析和会商,一份天气预报产品就诞生了。

  天气预报的诞生:

  雨水与人类的邂逅

  6月以来,我国南方地区出现7次大范围强降雨过程,64%的县(市)出现了暴雨天气。那么,这么多雨究竟下在哪儿了呢?大数据显示,长江流域降雨量410.4毫米,较常年同期偏多48.3%,为1961年以来历史同期最多。而这一切的“始作俑者”是今年的“梅姑娘”来得偏早雨锋偏强,造成长江中下游梅汛期降雨异常偏多。

  “梅姑娘”原地转圈,小伙伴们的内衣都不够用了,出门更是养成必看天气预报的习惯。如今的天气预报几乎可以做到实时更新,时间可精确到半小时内所在区域是否下雨刮风,那天气预报是如何制作出来的呢?

  “天气预报的结果很简单,但是制作过程非常复杂繁琐。”江苏省气象台预报技术研发科刘安宁说,天气预报简单分为五个步骤:气象观测、数据收集、综合分析、预报会商、预报产品发布。

  气象观测为天气预报提供最基础的数据,目前我国已初步建成天基、地基、空基相结合的气象立体观测系统。刘安宁介绍,地基主要有地面人工观测站、自动气象站、L波段二次测风雷达等。在江苏,每日同一时间,各地气象站将地基设备观测的温、压、湿、风等气象信息传到省气象信息中心。在高空,气象飞机和测风雷达组成的探测网也将对流层的变化信息传递过来,再加上气象卫星和天气雷达收集到的资料,它们被电传到各级气象信息中心,作为天气预报员制作预报的“原材料”。

  气象观测完毕,分析与预报赶着来“报到”。各级气象台的计算机将国家下发的数据进行处理,得到反映天气实况的天气图等各类图表,供预报员进行分析使用。天气预报员通过分析天气图,对天气形势进行分析作出天气形势预报。“天气图就好像医生给病人拍的X光片,它反映出各地天气情况。预报员结合一些卫星云图资料、雷达回波资料等,可以初步了解天气系统的演变过程。”刘安宁解释,观测数据通过高速计算机通信网络传递汇集,输入到高性能的计算机,通过求解描写天气演变的方程组,未来天气预报数值很快就被算出来。

  综合分析的结果出来后进入预报会商阶段。每天上午,江苏省气象台的会商大厅都会坐满工作人员。开会时,值班、首席预报员等各抒己见,最后由首席预报员综合分析、总结,提出正式预报结论。刘安宁介绍,天气预报结论作出后,制作成不同形式的预报产品,通过微信、微博、广播、电视、报纸、互联网站以及手机短信、信息显示屏等媒体向公众发布,这就是大家收看收听到的天气预报。

  一碗“西红柿鸡蛋汤”,

  蕴藏降水强度的秘密

  在电视、微博、微信上公布的天气预报通常会配备多普勒天气雷达回波图,这幅图从外到内大多由蓝黄色向红紫色转变,也被网友们戏称为“西红柿鸡蛋汤”,看到它就能分辨出未来的降水情况。

  “天气雷达俗称‘千里眼’。”刘安宁说,多普勒雷达每隔六分钟发出的电磁波会对近地的水气浓度、底层云的水滴、冰晶进行扫描,计算水滴的大小及位置,并在雷达显示器上呈现回波图像,雷达回波的颜色一般从蓝色到紫色,颜色越深强度越强。

  “如果你所在的区域被绿色回波包围,你就要准备好雨具了。”刘安宁介绍,亮黄色区域一般对应每小时10毫米左右的降雨强度,红色覆盖下的地区极易出现雷雨大风短时强降水等强对流天气,如果看到有红到发紫的地方,很有可能会有冰雹等极端天气。所以一旦雷达回波图怎么看都像是一碗“西红柿鸡蛋汤”时,就代表比较激烈的天文现象正在进行。

  目前,江苏已建成9部新一代天气雷达,并投入业务运行中。“从雷达回波的多次动态图可以看到暗红色回波区域的移动方向和移动速度,从而判断自己所在位置是否将受到强对流天气的影响,适时安排好生产生活和出行。”刘安宁说,随着观测和预报手段的不断更新,江苏除了9部S波段多普勒雷达外,还布设了X波段雷达和双偏振雷达,X波段雷达用于更加精确地探测中小尺度的天气系统,而双偏振雷达的优势则有很多,它能够更好地描述降水类型和天气,能够区分气象和非气象回波,还能探测和预警冰雹区域。

  相比雷达,气象卫星会时刻监测大气层顶端的气象状态,通过云层放出的红外光来测量云顶高度、云层厚度等信息。在江苏,还有风云四号等先进气象卫星资料应用,风廓线雷达、微波辐射计、闪电定位仪等各类新型探测设备紧盯气象要素变化,为天气预警提供“科学决策”。

  云团说“变脸”就“变脸”,

  高科技助力精准预报

  经常出门的你是否会发现,暴雨和狂风有时不按套路出牌。天气系统像个说“变脸”就“变脸”的姑娘,云团随时在头顶爆发,带来一场区域级暴雨后悄然离去。关注天气预报,并不能保证你在雨季不成“落汤鸡”。

  前文提到,江苏有9部每隔6分钟就更新一次的新一代天气雷达,天气预报已经达到分钟级更新,为何还会遭遇“滑铁卢”?刘安宁表示,天气雷达更新数据很快,但其中存在大量干扰性信息,比如尘埃和折射率分布不均匀的空气,都可能被误判为降雨。如果没有天气图、卫星云图和人力的辅助判断,很难排除这些干扰信息。因此首席预报员的作用在此时就非常重要,他们通过人力和经验将大量历史图像中的杂波标记出来,从而获得相对准确的雷达图历史数据。

  当然,人力和历史经验毕竟有限。助力天气精准预报,还需强天气综合报警追踪平台与梅雨期西风带龙卷风概念模型“加持”。今年6月12日14时左右,一场龙卷风袭击江苏省高邮市,幸运的是,无人死亡。这与一条提前46分钟发布的气象预报密不可分。当日12时40分,多普勒天气雷达探测到:有对流风暴正向“龙卷风走廊”方向移动,“对流风暴有发展成龙卷风的可能!”省气象台迅速与高邮市气象局联系,密切监视其发展趋势,加强联动会商,促成了这“来之不易的46分钟”。

  46分钟的提前量,从何而来?“长期以来,我们与龙卷风的追逐战‘一刻不停’。”江苏省气象台台长康志明说。探索中,江苏气象部门打造的强天气综合报警追踪平台(又称“SWATCH平台”),能够集中且直观地展现多部多普勒天气雷达探测到的风暴属性。该平台增加了基于机器学习的风暴客观外推、光流法等预报算法,进一步为预报员定量、综合掌握风暴特征和临近预警提供重要依据。尤其是在2016年以来,根据中国气象局部署,江苏省气象局试点开展分类强对流天气预警及龙卷风预警试验业务,“追风”脚步不断加速。如今的江苏,已经建立“梅雨期西风带龙卷风概念模型”。江苏气象工作者用日益积累的科技力量加上须臾不松的风险意识,为过去、现在及未来的平安护航。

  本报记者 张 宣

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