預報閃電？總要有第一個吃螃蟹的人

分鐘級降水可以預報，閃電是不是也可以呢？

張國平帶領的分鐘降水與強對流服務產品加工團隊，嘗試著做出了首套業務運行的閃電預報系統。

用戶可以知道未來兩小時內，自身所處位置10 公里範圍內是否會「打閃」，會打多少次。

運行半年，30 分鐘內的閃電預報命中率81%，漏報率19%。

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預報閃電？

總要有第一個吃螃蟹的人

本報記者 孫楠

張國平常聽在電力行業工作的朋友說，閃電危害很大，「但來無影去無蹤，沒有辦法防」。

作為氣象局公共氣象服務中心總工程師，張國平去年剛剛率領團隊將計算機數學技術運用在天氣預報領域，完成了分鐘級降水預報正式版（V2.0）。他想，分鐘級降水可以預報，閃電是不是也可以呢？

雲間閃電資料圖。圖片來源：氣象報

在地球上任一時刻平均有2000多個雷暴發生，平均每秒有100次閃電，每個閃電強度可高達10億伏。閃電直接威脅著航空航天、建築施工。尤其是進入電子化時代，閃電成為最大公害之一，輸電線路和電子機房都會受到威脅。現今全球平均每年因雷電災害造成的直接經濟損失就超過幾十億美元，每年雷擊傷亡人數均超過1萬，其中死亡3000多人。

氣象科學家知道閃電產生的基本機理——在冷熱空氣交匯發生對流時，高空產生的冰晶粒子和霰粒子碰撞，電荷發生遷移，正負分離，雲層間相互放電，並和產生感應電荷的大地相互放電。但是什麼時候，在哪裡放電尚不清楚。

雲地閃電的基本物理過程模擬。圖片來源：氣象報

當前，和一些發達國家只開展雷電潛勢預報，通過經驗上的模型，判斷哪些地方有雷電的可能性。但這些預報系統僅從大氣穩定性角度考慮，不能刻畫對流雲發展強度和未來演變趨勢，更不能具體定位閃電發生時間和地點。

目前，該領域全國性服務產品尚屬空白。儘管機理不完善，張國平還是決定試一試。一是出生在寧夏的他，想起小時候每年農田裡都會有人因為雷電而受傷；二是氣象服務市場需求旺，需要閃電預報的行業越來越多，而氣象部門有388個能夠覆蓋全部國土面積的閃電定位儀，「不能讓這些數據『躺著睡大覺』」。

此外，他的好友，安徽省公共氣象服務中心姚葉青團隊已經用統計方法進行閃電外推，在安徽省試水。而張國平的團隊在做分鐘級降水時，累積了很好的數據處理經驗，也有了運用數學方法和大數據技術的基礎。他和姚葉青一拍即合，決定「再向前走一步，改進數據處理和演算法，把閃電預報業務拓展到全國」。

雲地閃電資料圖。圖片來源：氣象報

一年前，張國平和姚葉青正式開展了這項工作。他們翻閱大量文獻，國際上公認的是，閃電發生的基本條件需要雷達回波強度大於40dBZ，回波頂高高於7公里，兩者雖然是非線性關係，但通過數學方法，能夠較為準確地轉換為線性關係。他們還分析處理了過去10年的閃電數據，讓閃電數據更好地和雷達數據對接。

把張國平的團隊放在氣象專家中，更像是一群「碼農」，每個人都面對很多電腦屏幕，總有一台電腦在不停地滾動著程序代碼。辦公室里擺滿鍋碗瓢盆，咖啡更是不能少。只有這樣，才能熬夜寫代碼。

半年前，全國閃電監測預警系統開始上線運行。該系統可以預報未來兩小時內30分鐘間隔的閃電發生頻次，空間解析度為10公里。這意味著，用戶可以實時查閱未來兩小時內，所處位置10公里範圍內是否會「打閃」，會打多少次。

限於目前的技術，時間越近，預報準確率越高。半年運行下來，30分鐘內的閃電預報命中率81%，漏報率19%。「從檢驗結果看，閃電預報業務化完全可行。不過，由於雷暴雲中電荷分佈的複雜性，有時預報附近10公里有閃電，最後卻可能出現在別的地方了。」張國平說。

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雷暴天氣尺度太小，難以使用天氣數值模式進行預報，但轉變思路，用數學和大數據的方式，卻成功了。張國平認為，技術上並不難，只是沒人做。他的團隊成了第一個「吃螃蟹」的人。

有了10公里解析度的閃電預報，航空航天、電力、電信、鐵路、建築施工等行業能夠提前採取防雷擊措施。如今，閃電預報已經對接了多個全國型專業用戶。

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實際上，每個人都應當關注閃電預報。國際上有個「30-30避雷法則」，如果在看到閃電后的30秒內聽到雷聲，說明這片對流雲有可能威脅到你；閃電結束30分鐘后，基本說明強對流結束，其間最好在室內躲避。30秒乘以音速，大約就是10公里，這與閃電監測預警系統的空間預報精度相符合。

張國平也有了下一步打算——提高預報精度，降低漏報率。下個版本更多地瞄準人工智慧方法。他已經對人工智慧方法進行了測試，發現新演算法更適用於「來無影去無蹤」的雷電；年底，該系統還將完成「風雲四號」衛星閃電成像儀數據接入，預報準確率也會進步一提升。