一问 西南天气预报为何重要？

　　1916年2月，我国著名气象学家竺可桢在《中国之雨量及风暴说》中写道：“中国本部之风暴，多起点于西藏或四川，所取道大多数均沿扬子江流域，然亦有循黄河流域者。行程自四川至东海或黄海二日。由此东行至日本。”
　　这篇文章后来被收录为《竺可桢全集》第1卷第1篇。足足有24卷浩瀚文字的《竺可桢全集》正是以此开篇，而其论述的问题对于中国气象至关重要。
　　百年之后，仍是如此。
　　西南地区天气预报也正在其中，依然是我国天气预报的关键难点问题之一。
　　多样
　　地处青藏高原东侧和东南缘，西南地区既耸立着青藏高原这样的庞然巨物，又混杂着四川盆地、横断山脉、云贵高原等中等大小地形，更有峨眉山等更小地形夹杂于“乱局”之中。
　　在这种复杂局面之中，西南天气气候的千头万绪与波谲云诡就不难理解了。

　　这片区域中，有11个气候带。在中国，很难再找出其他拥有如此丰富气候类型的地方。在这里，最暖的是亚热带型，基本无冬；最冷的是终年有冰雪的永冻型；最干类型年干燥度约为最湿类型的7倍。
　　仅在四川，区域内天气气候差异之大就让人印象深刻：西南部的攀枝花等年均温最高者可达20℃，西北部的石渠等最低则在0℃以下，区际温差达20℃以上；雅安、峨眉山等年降水达1700毫米以上，而甘孜州南部的得荣却不足400毫米。
　　在贵州山峦重叠、丘陵起伏的高原山区，最高气温预报相对平原地区难度大得多：一场冷空气到来，并不像在平原地区那样一马平川，直接一扫而过。贵州地形高低起伏，冷空气也受到波动，而波动大小成因也很复杂。因此，最高气温很难把握。即使是阴天，满云的时候不多，大多数时候是七八层云量，只要有太阳，云层的厚薄就又会发生变化。
　　可以说，这里储存了中国天气气候的多种“基因”，但要一一破解谜题却并非易事。
　　极端
　　距海遥远、深处内陆的雅安，却被称为“天漏”。每一年，雅安雨雾笼罩的日子多达200多天，年均降雨量1800多毫米，全年降水累计时数高达2300多小时，实为罕见。
　　在地形如此复杂的区域，降下这样的滂沱大雨，也是西南地区天气气候的危险之处。
　　因这片区域范围大、影响降雨的因素复杂，云南、贵州、四川三省暴雨出现时间相差较大。每一年，贵州的暴雨出现时间最早，平均为4月中下旬至7月中下旬；云南和西藏东南部暴雨多集中在6月、7月、8月；四川的东西部则不同，川东暴雨多产生在6月和7月，盆地西部的暴雨多集中在7月和8月盛夏季节。
　　起起伏伏的地形“塑造”了极不均匀的暴雨区。川西高原一带暴雨频次少，有些地区基本无暴雨； 四川盆地西部和北部是长江流域重要的暴雨中心，雅安、峨眉山一带暴雨日数平均每年达6天以上；云南暴雨的高频中心在滇南，平均每年暴雨日数大于8天；贵州省有东南、东北、西南三个多暴雨区，平均每年暴雨日数多于4天，西北和黔东则是两个少暴雨区。
　　当暴雨疯狂地从天而降，也是每年气象工作者最担忧的时候——暴雨多呈分散的块状分布，要抓住“局部”何其困难；很多暴雨过程多产生在夜间，黑暗中潜藏多少危机？
　　更揪心的是，汛期降水强度大、落区重复，极易突破历史极值，造成的影响和灾害极大。2018年7月8日至11日四川盆地西部持续性暴雨中，458个气象站累计降雨量100毫米至250毫米，250毫米至400毫米以上的气象站达到262个。2019年8月18日至21日持续性强降雨中，阿坝州、成都、雅安的多个市县普降暴雨，突发山洪泥石流。2020年8月中旬，四川盆地出现强降雨过程，芦山、绵竹、什邡等5站日降水量突破当地历史极值。
　　除了暴雨，其他气象灾害亦影响较大。比如在西藏，雪灾几乎年年发生。藏北中东部和昌都地区北部，最大积雪深度为30厘米至40厘米，主要集中在10月至11月或4月至5月；在南部边缘地区，尤其是喜马拉雅山脉南坡，最大积雪深度可达30厘米至50厘米，而聂拉木可达100厘米，多出现在10月至11月或3月至5月。从西藏雪灾发生的频率来看，西藏北中东部地区、西藏南部沿喜马拉雅山脉南坡、阿里地区以及丁青、类乌齐雪灾频率在10%以上，其中聂拉木最高达60%、其次是嘉黎频率为43%。　
　　复杂
　　大气是流动的，这就注定了西南天气气候预报不仅仅是西南的问题。
　　在这里，作为世界最大高原，青藏高原大地形对我国、亚洲乃至全球的大气环流都有重要影响，青藏高原及周边地区天气气候复杂多变，也备受全国乃至全球气象学者的关注。
　　此外，西南地区存在两个非常重要的天气系统-高原涡和西南涡，不仅是影响西南地区本地的重要系统，在合适的环流形势下，高原涡和西南涡还将东移影响我国长江中下游、华南、华北和东北地区，甚至还可影响到朝鲜半岛和日本等地。
　　在西南地区，暴雨洪涝、干旱、大风、冰雹、雷电、连阴雨、低温和霜冻等自然灾害都时有发生，极端降水又很容易在此形成山洪，并伴随有山体滑坡、泥石流和堰塞湖等次生灾害，给经济社会发展、人民生产生活带来严重影响。
　　2020年6月26日至30日，四川盆地、江汉、江淮及江南北部等地出现暴雨过程，其中，26日午后至午夜，盆地西部和凉山州北部普降中到大雨，冕宁县北部出现暴雨到大暴雨。强降水诱发山洪地质灾害，并造成人员伤亡和经济财产损失。
　　西南地区干旱也给当地森林防火带来巨大压力。比如2013年四川省出现冬春连旱，共有138站发生干旱，其中73站干旱持续100天以上，有46站发生了秋冬春连旱。
　　未来，西南地区也将会成为发展的热点。面对当地独特的生态环境及日益发展的经济社会发展形势，气象预报服务还将不断经历改进、完善、发展和提高的过程。

二问 预报到底难在哪？

　　庞然高原
　　说起西南地区天气气候，青藏高原作用的重要性是毋庸置疑的。
　　青藏高原受到太阳辐射后温度上升，尤其是在夏天，温度较高的青藏高原便成为高空大气环流的热力源。其热力作用表现在感热加热和潜热释放，造成高原及其邻近地区气流的上升或者下沉运动，从而影响东亚大气环流和全球气候。
　　而动力作用主要指由于高原地形机械阻挡和摩擦引起的大气动力过程的变化，这种作用相当于汽车的引擎，即是动力的发生装置。当气流经过青藏高原时，要么从上面越过并被加热，要么从旁边绕流过去形成天气系统如西南涡等。这些都造成整个大气环流形势十分复杂。
　　青藏高原大地形使大气环流产生绕流、分支、汇合，加之高原特有的热力作用，导致高原下游地区的天气系统十分复杂。　　
　　错综地形
　　西南地区是我国地形最复杂的地区之一。
　　视线从青藏高原边缘往东看，东部为四川盆地及盆周山地，西部为川西高原及川西南山地，再加上北部有秦岭和大巴山脉的天然屏障，使得地形在暴雨的发生发展中起到了很重要的作用。
　　往南到云贵高原，地势绵延起伏，来自东北的冷空气常受云贵高原阻挡而绕流南下。西部是著名的横断山脉，地形陡峭，潮湿的西南气流遇山后强迫抬升，使气流上升运动加剧，致使大量水汽凝结。
　　再往南，在南部、西南部边境地区地势逐渐平缓，河谷开阔，并且有多个喇叭口地形，使气流辐合加强；同时，还常因河谷地形是升高的，气流产生抬升。由于这两种原因，必然加大气流上升运动，使降水偏大，加之热带降水系统多在此滞留，雨量增多。　　
　　天气系统复杂多样
　　除了地形的影响，西南地区地理位置特殊，影响该地区的天气气候系统也是非常复杂且多变的——
　　如在四川181次暴雨统计中，主要天气系统为：低槽（39%）、东西向切变线（30%）、低涡（28%）。重庆主要天气系统与四川基本一致。
　　贵州329次暴雨统计显示，低槽切变线等占92%、而热带气旋只占6%。
　　云南1455次暴雨普查资料表明，低槽、切变线、冷锋等西风带系统占72%，孟加拉湾低压、热带气旋、赤道辐合带等热带系统占13%。云南南部的暴雨天气受到热带气旋、孟加拉湾低压、赤道辐合带等多种热带天气系统的影响。
　　在众多天气系统中，西南涡颇为特殊，四川4月至9月60%左右的降雨过程与之有关。
　　西南涡源地主要集中在川西高原的九龙、四川盆地和小金一带三个地方，因地处青藏高原东部横断山脉和四川盆地之间，复杂的地形与大气环流相互作用而形成这一现象。整个系统与地面的距离在1500米至3000米之间，并逐步向东北方向移动，所到之处，大雨倾盆。其造成的暴雨天气强度、频数和范围仅次于台风，是我国位居第二的暴雨灾害系统。
　　此外，西南地区雨量的分布及多寡与西太平洋副热带高压（简称“副高”）的强弱和进退也有关。
　　副高是影响我国降水的重要天气系统之一，其强弱和位置是直接影响我国夏季雨带分布的“指挥棒”。副高西部的偏南气流是向我国大陆东部输送太平洋暖湿水汽的天然“传送带”，而其南侧的东风带则是热带降水系统活跃的地区。我国降水带的南北移动同副高的变化有密切的关系。　
　　难度叠加
　　西南地区地形非常复杂，其动力和热力影响作用也十分复杂，尽管地形对降水发生发展起着重要作用，但具体的影响机制一直是科学研究的重点和难点问题。尤其是受一些中小尺度地形的影响，对流系统生命周期短、影响范围小、局地性和突发性强，不管是数值模式还是预报员主观综合分析，预报难度都非常大。
　　西南地区观测站分布稀疏，监测资料也相对东部地区较少，新型观测资料还不完备，这都极大影响该地区的天气监测和预报。长期以来该地区气象部门还会借助卫星数据来弥补资料不足的缺陷。
　　西南地区地形复杂，下垫面性质也非常复杂，包括荒漠、冻土及不同植被、城市等类型。数值模式对该地区的刻画就难上加难。
　　在目前基于数值模式的现代天气预报中，预报员在模式和最优客观预报的基础上依靠对天气过程的理解和认识进行主观订正，此外，还会在当地特殊的气候背景基础上，特别关注地形地貌等客观因素的影响，依据预报经验以及客观订正方法通过综合手段提高西南地区的天气预报准确率和精细化水平。

三问 何以突破预报瓶颈？

　　强化监测，提升数值预报水平
　　在目前基于数值模式的现代天气预报中，数值预报模式的发展是现代预报技术的基础，主导着整个定量降水预报（QPF）业务的发展。
　　提高西南地区的数值预报准确率尤为关键。
　　但在地形复杂的西南地区，数值预报模式很难处理好陡峭、高大而又复杂的高原、山地和平原地形及其相关物理过程。同时，由于这里的常规观测资料相对我国东部更为稀少，非常规资料的反演也受到地形影响，数值预报准确率并不理想。
　　观测是预报的基础。这就需要优化观测站网布局，进一步增加观测密度，加强对新型装备或新型观测资料的应用。
　　预报员在业务中使用数值预报产品时，常常会发现不同模式的预报结果会有较大差异；对于同一个模式，在西南地区也存在预报效果时好时坏的问题。
　　因此，当下急需对青藏高原及其周边地区复杂地形影响下数值模式的预报能力进行检验评估，利用人工智能等方法对模式预报的降水、气温等要素进行订正，加强对数值模式在西南地区应用的认识，使预报员能够科学合理地运用模式预报产品，最大化发挥其优势。
　　同时，围绕数值模式对西南地区的灾害性天气预报，充分挖掘现有观测资料，开展雷达资料、风云卫星资料、地面观测资料等资料同化试验研究，进行模式地形构造方法研究、边界层特征分析与边界层参数化优化方案研究、复杂地形湍流水平混合及其参数化等工作，力争在数值模式预报模拟水平上有所提高，在高原气象观测资料应用上有所进步，从而提高数值模式对该地区的预报能力。
　　进一步探索机理
　　在强化预报技术支撑的同时，开展西南地区地形动力和热力条件影响机制的科学研究，可以深化对西南地区天气发生发展特征和形成机理的认识。
　　早在1979年、1998年，我国先后开展了第一、二次青藏高原气象科学试验，获得大量的气象资料，为研究高原气象做出了重大贡献。2014年，第三次青藏高原大气科学试验启动。前两次试验的目的集中在揭示青藏高原地面水、热平衡特征和边界层大气结构，而第三次试验则从青藏高原边界层-对流层-平流层垂直大气结构的视角，深入认识青藏高原陆面过程、边界层过程、云降水物理过程、对流层-平流层交换过程的特征，并基于观测试验研究，发展适用于高原复杂地形的青藏高原陆面-大气耦合模式系统。
　　随着青藏高原大气综合观测、科学试验和探测技术等的不断发展，尤其是西南涡大气观测科学试验的持续推进，西南涡及其影响的基础数据、结构特征、异常过程、演变机理和预测技术等方面已取得进展。
　　2010年和2011 年的6 月至 7 月，中国气象局成都高原气象研究所组织实施了我国第一次、第二次西南涡加密观测科学试验。2012 年夏季，结合我国第三次青藏高原大气科学试验前期计划，成都高原气象研究所又开展了我国第三次西南涡加密观测科学试验，加深了对西南复杂天气变化特征和机理的认识，并发展了相应的预报技术，如今已经业务化。
　　此外，由于西南地区的复杂地形条件，气象因素除可直接引起灾害外，还可能诱发山洪、泥石流等次生灾害。因此，除了关注天气预报准确率的提升以及强化天气发生发展机理研究，还要进一步加强国省地县气象部门纵向联动及监测预警，积累、推广地方短临预报技术和服务经验，关注气象条件对山洪、泥石流、森林火灾等的影响，提高对相关灾害的监测预警和精细服务能力。

（来源：《中国气象报》2021年3月12日四版 责任编辑：王美丽）