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酷暑難熬，高溫熱浪與極端暴雨頻發(fā)。北京遭遇持續(xù)147小時的降雨，臺風“竹節(jié)草”給江浙帶來強降雨，川渝地區(qū)持續(xù)“桑拿天”??

一個事實是，隨著全球氣候變暖，我們還將面臨更頻發(fā)、廣發(fā)、強發(fā)、并發(fā)的極端天氣事件。以極端降雨為例，其精準預報難度在哪？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(lián)系的嚴重災害性天氣研究，同時擔任聯(lián)合國世界氣象組織HighImpactWeatherProject（高影響天氣項目）國際協(xié)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。

147小時，集中在京郊，這是北京有氣象記錄以來持續(xù)時間最長的暴雨過程。雖然前期降雨量比較溫和，但已把山區(qū)的泥土泡軟了，夜間一個局地強降雨，就易引發(fā)突發(fā)性山洪災害。

NBD：極端降水的精準預報目前真的很難做到嗎？

張慶紅：造成這次夜間強降雨的天氣系統(tǒng)，是密云地區(qū)一個突發(fā)的中尺度對流系統(tǒng)（空間尺度50公里左右），其生成后移動慢，就造成了局地持續(xù)性強降水。像這種空間尺度較小的突發(fā)性對流系統(tǒng)，可預報性較低。相比之下，像臺風這樣空間尺度較大，生命史較長的非突發(fā)性天氣系統(tǒng)，很早就可以用衛(wèi)星等觀測工具捕捉到它的出現與移動。

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(fā)生一次，以目前的科學發(fā)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，投入上千萬美金，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(fā)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(zhàn)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(tǒng)、天氣預測模型，以及天氣系統(tǒng)本身的動力過程等。觀測系統(tǒng)的誤差來自觀測設備本身，還有觀測系統(tǒng)空間分布引起的可代表性誤差。即使觀測系統(tǒng)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(zhàn)。大氣溫度升高，可以容納水汽的能力也隨之增加?？梢赃@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(wěn)定性越強，大氣的可預報性就可能越低。

NBD：北方地區(qū)夏季暴雨主要受什么影響？

張慶紅：大氣環(huán)流是影響地球降水空間分布和強度的核心因素之一。2022年7月20日，河南暴雨之后，我和我的學生把1979年—2021年發(fā)生在華北平原所有的大氣環(huán)流型做了一個統(tǒng)計和分類，歸納出圖中這9個類型。

各環(huán)流型下極端降水（EP）事件頻率。其中X代表至少發(fā)生過一次特大暴雨（日降水量超過250mm）的站點。顏色代表EP事件頻率，淺灰色陰影表示海拔高于500m但低于1500m,深灰色陰影表示海拔超過1500m。

鄭州暴雨屬于T8型，這次北京極端降水事件的大氣環(huán)流也屬于這一類。歷史上這種環(huán)流型在北京地區(qū)產生過極端降水，不同的彩色代表不同的頻率，X代表“24小時降水量超過了250毫米”（特大暴雨標準）?？梢钥吹剑?979年—2021年）北京地區(qū)極端強降雨已出現5次以上，紅色代表出現了5~6次，紫色代表出現次數大于等于7次。

NBD：可不可以這么理解，T8天氣環(huán)流型一般夏季就會出現在華北？

張慶紅：只能說，夏季出現的可能性大，從1979到2021年這43個夏季中，T8出現了316天，其中有43天發(fā)生了極端降水事件，而且43天中40%是連續(xù)出現的，產生洪澇災害的概率高于其他環(huán)流型。此外,T8型下，極端降水事件分布在沿著山脈的平原地區(qū),尤其是擁有眾多人口的河南、河北和北京所在的喇叭口三角地形區(qū),容易造成較大的社會影響。

這與副熱帶高壓的夏季北移有關。副熱帶高壓偏北時，華北地區(qū)較強的氣壓梯度力，驅動西南風或者是東南風，把更多的水汽帶來。你可以想象這是一條大氣的河流，它不停地把水汽往這里搬運。北京就是這個碗底，京郊的山就是碗的邊緣——大量的水汽在這個地形附近抬升，這里就會不停地下雨。此輪北京暴雨已經過去，但仍處于“七下八上”（7月下旬，8月上旬會出現暴雨天氣）的北方汛期，所以仍需防范后續(xù)暴雨的可能性。

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(fā)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。

2024年7月23日，歐盟氣候監(jiān)測機構發(fā)布報告稱，全球在7月21日經歷了有記錄以來最熱的一天。標志著全球變暖趨勢已邁過了又一個令人警醒的里程碑。

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(fā)的？那還有爭議。

現階段我們發(fā)現，全球變暖已經導致局地大氣環(huán)流發(fā)生了變化。比如，美國西雅圖以往每年冬天幾乎一直下雨，但去年冬天的西雅圖明顯雨水減少。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(fā)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(huán)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(xù)變暖，大氣中的不穩(wěn)定能量會越來越強。那么一旦觸發(fā)，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(qū)發(fā)生了一次超大冰雹。在這場冰雹發(fā)生前期，當地經歷了持續(xù)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。

在張慶紅看來，大氣科學是與民生非常貼合的領域，公眾非常有必要參與到大氣科學研究的科學項目中。她的課題組曾面向公眾發(fā)起“冰雹換瑪瑙”的活動，收集大家撿到的冰雹。

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（EarlyWarningforAll），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(fā)展中國家和欠發(fā)達地區(qū)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(zhàn)。下面這張圖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(huán)節(jié)，在這個鏈條里，當預警信息從觀測到預報逐層往下發(fā)放，鏈條中所有信息都要完整、正確并及時傳遞至下一環(huán)節(jié)。

鏈條的六個環(huán)節(jié)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(xié)同合作，政府、科研機構、媒體、公眾，缺一不可。

NBD：所以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(tǒng)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(huán)。

比如最后一個環(huán)節(jié)，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(fā)。如果建設未來的新城市，那我們需要把全球持續(xù)變暖的因素考慮進來，更新建設理念。

但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。

NBD：公眾在預警鏈條中可以起到怎樣的作用？您之前發(fā)動公眾參與收集冰雹，這對極端天氣預警的研究有什么幫助？

張慶紅：公眾在預警鏈條的所有環(huán)節(jié)都可以扮演重要的角色，他們可以提供最新的大氣觀測和災情實況，幫助政府決策者在災害發(fā)生時以及災后救援作出正確決策，以及各種預報模型的驗證。

冰雹這種極端天氣對我們的生活有很大的影響，屬于“高影響天氣”。今年北京5月13日那次冰雹，新聞報道第二天北京車險理賠排隊要五六個小時。冰雹除了破壞農業(yè)作物，對清潔能源設施的影響也很大，光伏面板在冰雹發(fā)生時會受損。但是目前我們對冰雹大小的預報能力還有限，這是因為缺乏對冰雹增長精細物理過程的了解。

世界上沒有完全相同的冰雹，冰雹中凝結著豐富的氣象信息（受訪者供圖）

冰雹發(fā)生的時候，我們沒辦法飛到云里，去觀測它形成的物理過程。但冰雹形成過程中會經歷不同的大氣層結：冰雹形成起初于一個小的雹胚；經過在云中和過冷水滴碰并增長，慢慢變大??所以每一顆冰雹都“凍結”了很多大氣的信息。我們拿到冰雹以后，把它一層一層剝開，分析每一層冰的化學物理特征，就可以反演它所經歷的不同層結的環(huán)境特征。這有助于未來我們更精準做冰雹大小的預報。

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