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天氣預報員是如何煉成的

日期:2018-12-14 14:49:10

来源:北京晚报 2018年11月18日18版

從唐山地震開始積累四十年經驗

北京市氣象局高级工程师周名扬,在1976年唐山大地震发生时是一名气象预报员。他回忆说,7月28日唐山大地震的前五天,即7月23日,北京观象台出现991.9毫巴历史同期气压最低值。前一天会商天气预报时,预报员对未来降雨天气过程预报,意见分歧很大。后来28-29日北京下了大到暴雨,远远超过了原来的预计,“当时我就曾联想到这是不是与大地震有关呢。”

後來國家地震局耿慶國研究員給氣象局員工做的“旱震關系的學術報告”讓周名揚有所啓發。從那時起,每當得知我國及周邊地區發生六級以上地震時,他就特意從天氣圖上查看地震發生地,試圖找出地震發生前後的天氣形勢及天氣現象與地震的關系。

“經過四十年來不斷觀察,我發現,凡有六級以上的地震發生前後,該地區上空近地層低氣壓天氣系統易得到發展,一般多伴有降水天氣。”

唐山大地震後,周名揚開始關注地表及地表以下有關要素的變化和大氣層中天氣變化的關系。經過幾年的統計分析研究,他發現天氣系統的發生發展必然要受到地表下熱力等方面的影響。“這個能作爲預報天氣的一個重要因素。後來我在每次做預報時,都要考慮地溫因素。”周名揚說。

衆所周知,地球月球旋轉造成的太陽、地球、月球位置的相對變化,在海洋中産生的潮汐現象。實際上,在大氣層中同樣也存在潮汐,周名揚做了一個表格,按陰曆排列,分別統計了北京、哈爾濱、烏魯木齊、成都、廣州等五個地區從1951年到1980年共三十年的降水日數),從陰曆初一到三十逐日求降水天數平均值。結果發現:在陰曆一個月中,有幾個相對多降水日節點,在節點上的日期降水平均日數比非節點日期要多5%到15%。其中緯度高的比緯度低的偏多幅度要大一些。

“自那時起,我在做天氣預報時還要考慮潮汐因素,我大約估計了一下,預報降水天氣的准確率可提高1到3個百分點。”

除地溫、潮汐因素外,太陽光的光壓對天氣的變化也有一定影響。上世紀五十年代,周名揚還是一名地面觀測員,他發現,每天早上當太陽剛出來後的兩三個小時,天空雲量有增多現象,後隨太陽高度角增高,雲量也就隨之減少。當有降水天氣過程時也大多從早上開始,到中午前後爲少雲、少降水時段。到傍晚太陽下山前後又有一天之中天空雲量和降水相對較多時段。

“後來我在做降水天氣的起止時間預報時,光壓也成了必須要考慮的因素之一。”

能提前三十分鍾做預警來之不易

今年,北京汛期降雨偏多,不過多次降雨預報准確,其中7·16和7·24暴雨過程,最後降雨時間、雨量、程度,跟預報相當一致。

目前,北京地區24小時有無降雨預報准確率達90%以上,暴雨、雷電等突發氣象災害預警平均提前量超過30分鍾。中長期預報預測業務更精細,重大天氣過程預報時效延長至30天。2018年中雨、暴雨預報准確率同比提高了5.2和2.7個百分點;雷電、暴雨預警提前量同比平均提前了16分鍾和37分鍾。

相較過去全市單一、粗略的降雨趨勢預報,現在是精准預報。雨什麽時候下,下多少毫米、下在什麽地方,10分鍾一個推送。一線防汛人員打開手機,隨時都能看到。今年汛期北京共發布市級預警47次,分區預警高達1066次。在房山8·11山體塌方災害中,房山區氣象台提前在事故發生前夜發布的雷電、暴雨氣象預警和滾動的雨情信息,第一時間傳遞至一線防汛人員手中,最終在塌方前的10分鍾,阻止了一場災難。

這些准確的預報,對氣象工作者來說其實得之不易,從事氣象預報工作的周名揚說,從全球範圍來講,天氣預報的准確率總體還遠遠不夠。而且幾乎每次天氣預報出現較大偏差時,事後都能從天氣圖上找到原因。因爲無論何時,一個地區出現的天氣現象與這個地方上空的天氣形勢及各氣象要素配制變化都是相當吻合的。也就是說,大氣層中發生的各種天氣現象,從目前已有的壓、溫、濕、風等場以及雲天狀況中都能夠較好地反映出來。

周名揚通過多年觀察各地各種天氣現象的演變過程和不斷總結預報工作中得失,逐步認識到,引起大氣環流變化的除了目前人們已知的因素外,可能還有許多其它影響因素,目前我們還未發現或未加考慮。

周名扬向记者说起了他认为大气环流异常的几个现象,比如影响我国的冷空气路径主要分为偏西、正北、偏东三条,三条路径有时会交叉出现 ,而冷空气路径不同,对我国北方产生的天气差异会很大;在冬半年,乌拉尔山高压脊和亚洲东部上空的东亚大槽对我国长江流域以北的天气变化影响很大,不过它们的强度及中心位置变化,每年同一时期都不一样;另外,台风出现的多少似乎毫无规律,有的年份一个多月没有一个台风生成,而有的月份可多达七八个……

周名揚從一些氣象現象中注意到,大氣環流的年際間變化是很大的,而就目前已知的引起大氣環流變化的主要因子中如地球的公轉、自轉,太陽的輻射強度,地形、地貌以及植被……這些因子年季變化是很小的。因此可看出:大氣環流除了遵循空氣本身的運動規律和人們已知的因素影響外,另外幕後還一定有推手,有待進一步探究。

 

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天气预报不仅要看天 还得要探地

當下,越來越多的學者認爲,地球系統變化的理論將成爲本世紀地球科學的突破點,將地球的大氣圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核以及近地空間作爲一個整體,實現多學科的交叉融合,有助更清晰地了解我們所處的環境。周名揚也根據多年的經驗提出了一個全新的假說:“引起大氣環流變化、異常的主要幕後推手——最可能是地球內部地質結構變化運動。”

我國專門從事地震預報的科學家耿慶國研究員早在1985年著作的《中國旱震關系研究》一書中提出了在大地震的孕育過程中會有氣象效應存在,比如震前一至三年半時間內,包括震中區在內的廣大地區出現的大面積幹旱現象,不過是孕震過程中造成的氣象效應,是地震引起的氣象變異……

著名遙感地質專家陳蔭祥研究員也曾提出:極端異常天氣和氣象災害雖然表現在大氣層中,但根源和驅動力都可能深隱在地內若幹千米處。這些地內的強熱中心、地內動力源、水氣熱力噴發通道才是引發氣象災難的根基;國家氣象局研究員任振球則論述過“三星一線”的作用,提出天文因子可以影響或觸發地球上自然災害的發生。

大量的一線工作經驗也讓周名揚認定:“地球內部地殼和地幔物質變化運動,可能是引起大氣環流變化及異常的一個主要幕後推手。”

“氣象科學至今已有200多年的發展史,大氣層中空氣運動規律和各種天氣現象的演變過程都已認識比較清楚了。今後若仍局限在大氣層內做孤立地研究,天氣預報水平將很難獲得質的突破。”周名揚說。

以後的天氣預報不光要仔細看天,還要認真探地。

记者了解到,“地球系统数值模拟装置” 国家重大科技基础设施于去年获得国家有关部门批复,它集高性能计算机、软件工具、支撑技术、地球数值模拟应用软件等于一体。借助这个装置,科学家就可以实现对大气、洋流、地壳、生态等的仿真研究,用于还原或预测地球自然变化过程的应用,应对地球变化、防治大气污染、防災減災和环境治理等问题,并将帮助人类更深刻地认识地球。

中國科學院大氣物理研究所院士曾慶存說,面對全球溫度變化、自然災害,環境汙染等問題,現在國際上都在研究地球系統模型,用來預測100年後地球的環境變化。

据悉,“地球系统数值模拟装置”计划于2021年建成。装置建成后将大幅提升应对大气污染等区域自然灾害和环境问题的预测水平。本报记者 蔡文清