強對流天氣如何預報

原標題:強對流天氣如何預報

嘉賓：國家氣象中心強天氣預報中心領班預報員 周康輝

採訪人：氣象報記者 王敬濤

強對流天氣是指發生突然、天氣劇烈、破壞力極大，常伴有雷雨大風、冰雹、龍捲風、局部強降雨等強烈對流性災害天氣，具有重大殺傷性的災害性天氣之一。

強對流天氣發展比較快，消散得也快，在所有的天氣類型中最難預報——幾乎為預報員所公認。那麼，強對流預報為什麼那麼難？當前的強對流預報水平如何？

1.問：目前，在業務上能夠對哪些強對流天氣進行預報？預報水平如何？

答：強對流天氣預報業務主要從2009年開始，可以針對短時強降水、雷電、冰雹、雷暴大風等強對流天氣進行預報。在，短時臨近降水、豪雨等發生的幾率明顯高於其他類別的強對流天氣，因此預報員在這方面積累了一些經驗，其預報準確率也較高。

從技術角度來說，先進的數值預報模式逐步使用和多普勒天氣雷達網逐步完善，為強對流天氣的短時預報和臨近預報提供了最佳的預報手段和預報方法。目前，建立了由全國中期天氣預報模式、中尺度數值天氣預報模式、全球集合預報系統、熱帶氣旋路徑數值預報模式、沙塵暴數值模式等組成的數值天氣預報業務體系，發展了精細到鄉鎮的氣象預報系統和災害性天氣短時臨近預報系統，對於短時強降水的預報準確率已經達到了30%。

不過，龍捲風和下擊暴流等尺度更小、持續時間更短的強對流天氣，暫未開展業務性預報。從發生機制來看，主要是因為直接引發這種強對流的天氣系統屬於中小尺度系統。這種系統從空間尺度看，大的颮線天氣系統不過百餘公里，小的風暴單體只有十幾公里甚至幾公里，而龍捲更小到只有幾十米到幾百米，很難被常規氣象觀測手段捕捉到；從時間尺度看，強的天氣系統能維持幾個小時到十幾個小時，有些天氣系統持續不過幾十分鐘甚至幾分鐘，變化劇烈；同時，對於引發這種天氣系統的物理規律，現代氣象科學仍沒能完全認識，對其生消變化的模擬只能做到某種程度的近似。

2.問：要預報不同的強對流天氣，需要關注哪些關鍵要素？

答：在強對流天氣的「家族」里，按照從弱到強、影響從小到大的順序可以排列為雷暴、短時強降水、冰雹、下擊暴流、颮線等。由於龍捲風的局地性特彆強、持續時間短，現有的觀測技術水平難以捕捉，因此它的強弱暫時無法與其他「家族」成員進行比較。

不論強對流天氣強還是弱，在預報中都要關注水汽條件、氣流抬升能力、垂直對流條件、熱力條件等。條件強弱不同的組合會形成不同的強對流天氣。

當大氣中的層結不穩定時，容易產生強烈的對流，雲與雲、雲與地面之間電位差達到一定程度后就會發生放電，有時雷聲隆隆、耀眼的閃電劃破天空，因此雷暴天氣總是與發展強盛的積雨雲聯繫在一起。

夏季由於氣溫高、蒸發量大，大量水汽上升、遇冷凝結成雲；同時高層較冷的空氣會下降，遇熱後繼續上升，由此循環，即可形成大片的積雨雲。積雨雲會產生短時強降水。它的形成條件比雷暴需要更充足的水汽條件。

冰雹是從有雷暴發生的積雨雲中降落的堅硬球狀、錐狀或形狀不規則的固體降水。一般多出現在春夏之交，通常產生在系統性的鋒面活動或熱帶氣旋登陸影響過程中，但也有局部性的。要產生10厘米的大冰雹，必須要有50米/秒以上的上升氣流運動，而一般產生雷雨的積雨雲上升運動僅為10米/秒左右。它比短時強降水需要的氣流抬升能力更強。

下擊暴流是指一種雷暴雲中局部性的強下沉氣流，到達地面後會產生一股直線型大風，越接近地面，風速會越大，最大地面風力可達15級。一般認為，下擊暴流的形成和雷暴雲頂的上沖和崩潰緊密聯繫。上升氣流在其上升和上沖的過程中，從高層大氣運動中獲得了水平動量。隨著上沖高度的增加，上升氣流的動能變為勢能（表現為重、冷的雲頂）而被儲存起來，之後，一旦雲頂迅速崩潰，位能又重新變成下降的氣流。這需要極強的垂直對流條件。

颮線是指風向和風力發生劇烈變動的天氣變化帶，其實就是地面上升的濕熱空氣和高空下來的乾冷空氣的接觸面。在這個接觸面上，冷熱空氣進行能量交換，使該區域形成低壓，是強對流天氣現象的動力來源。颮線的形成和發展除與天氣形勢有密切關係外，地方性條件也起著極其重要的作用，通常是雷暴、短時強降水、冰雹、下擊暴流等的「集合體」。

3.問：目前預報員主要依靠哪些手段來預報？預報難點在哪裡？

答：由於強對流天氣發生的空間尺度和時間尺度都較小，因此對數值預報模式的時空解析度要求更高。同時，強對流天氣事件較一般天氣過程而言少很多，可供研究的個例更少，預報難度更大。

現在的模式預報產品中並沒有直接的強對流天氣預報產品，因此需要預報員及時跟蹤最新雷達回波圖。

但由於強對流天氣發生於對流雲系或單體對流雲塊中，在氣象上屬於中小尺度天氣系統，空間尺度小，一般水平範圍大約在十幾公里至二三百公里，有的水平範圍只有幾十米至十幾公里。其生命史短暫並帶有明顯的突發性，約為一小時至十幾小時，較短的僅有幾分鐘至一小時。舉例來說，在夏天，北京市海淀區出現雷暴或者冰雹，在通州卻是晴空萬里。對這種小尺度發展迅速的天氣系統，在氣象預報上存在一定的困難。強對流天氣的特徵使得在目前的觀測條件下，不僅是，即使是世界發達國家，對於其信息的捕捉也不夠全面。

同時，雖然氣象專家已經對強對流天氣的發生機制有初步了解，但對其更深層次複雜的發生、發展機制還需要繼續研究，尤其是對發生頻次不高的一些類別的個例分析需要更多。

4.問：目前國際上對於不同類型的強對流天氣預報水平和業務開展情況如何？

答：相對於歐美等發達國家，強對流天氣預報起步較晚。比如美國，因為當地龍捲風出現的頻率很高，並且造成的危害很大，因此在龍捲風方面的研究起步早。

即使在美國，也沒有辦法做到完全準確預報強對流天氣。以龍捲風來說，由於其屬於小尺度天氣系統或者小概率事件，其時間、空間隨機性較強，目前絕大多數的氣象探測設備和探測系統都無法有效監測、追蹤其發生髮展。美國等有著豐富預報和監測經驗的發達國家，即使氣象監測站距離逐年縮小，雷達網日趨完善，其預警時間也十分有限，預警虛警率超過70%。

5.問：未來要提高強對流天氣預報水平，可以在哪些方面著力拓展？

答：針對強對流天氣時空尺度較小的特點，提高預報水平，首先要對其發展機制進一步加強研究；其次，進一步完善監測系統，使觀測網在空間和時間上更密；第三，進一步發展中小尺度數值預報模式，提高其時空解析度；第四，預報員也應該提高自身臨近預報的水平。