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暖区暴雨:极端降水的“另类”推手

发布时间:2024年06月12日 来源:中国气象报社

我国是多暴雨的国家,雨带在辽阔的地域随季风从南向北推进,造就了不同区域、不同类型的暴雨——华南前汛期暴雨、江淮流域梅雨锋暴雨、华北暴雨、东北暴雨等,其中有一类暴雨,没有明显的冷空气参与和天气系统强迫,在高温高湿环境下,小小的扰动便能触发暴雨,它就是暖区暴雨。

暖区暴雨局地性和突发性强。目前,数值模式等对暖区暴雨的准确预报有一定局限性,想要准确捕捉它是预报业务的难点之一。

暖区暴雨并非华南专属

暖区暴雨最早由气象学家黄士松提出,指发生在地面锋面南侧暖区,或是南岭附近至南海北部没有锋面存在,华南没有受冷空气或变性冷高压脊控制时产生的暴雨。20世纪70年代末,我国开展华南暴雨试验研究,肯定了华南前汛期暴雨和大暴雨主要是暖区暴雨的观测事实,并指出暖区暴雨产生的降水量远大于锋面系统形成的降水量。

对于暖区暴雨的研究虽起步于华南,但近年来,随着观测资料的不断丰富和研究的不断深入,气象学者发现不仅在我国华南地区有暖区暴雨,在江南、江淮地区,甚至是华北地区也有暖区暴雨的踪迹。专家分析发现,不同地区暖区暴雨的影响系统和形成机理有显著差异。如华南的地形和海陆分布对暖区暴雨的形成有重要影响,江南地区的暖区暴雨与地形分布有关,暖区暴雨表现为强降水中心分散,多发于山地、平原和湖泊交界处。

暖区暴雨预报仍是难点

难以捉摸的落区、出人意料的降水量,是暴雨致灾的重要原因。

暖区暴雨研究的重点、难点是对流的触发和组织化,对流的触发决定了降水位置,而对流的组织化发展决定了降水强度。一般来说,降水是由于冷暖气团交汇而产生,但暖区暴雨产生条件并无明显的冷空气活动,天气图上没有明显的天气系统,难以对其进行预报。

“引发暖区暴雨的机理较为复杂,对流的触发和组织化过程是预报难点,比如边界层的低层水汽辐合、侵入的浅薄冷空气、低空急流或边界层急流,都可以触发暖区对流。”国家气象中心天气预报室技术总师谌芸介绍,“暖区暴雨的触发条件也很复杂,在高温高湿的环境条件下微小的扰动,如风速脉动、矮小的山脉等便可触发对流。”

中国气象局地球系统数值预报中心(以下简称“数值预报中心”)模式技术室研究员刘奇俊表示,暖区暴雨的发生,与大气边界层过程、云降水微物理过程也有较大关系。暖区暴雨发生地往往水汽充足,云中的相变潜热较强,并常伴有雷暴大风、暴雨和冰雹等强对流天气。另外,暖区暴雨常伴有深厚的对流云群,0℃层以上的冰相过程复杂,各种水凝物的形状、尺度、密度、落速等不同。因此,在数值预报模式中参数化复杂的云降水微物理过程,对提高暖区暴雨预报准确率大有裨益。

捕捉暖区暴雨的“硬核支撑”

暖区暴雨突发性强,短时雨强大,易引发洪涝灾害。作为世界级难题,更深入的机理研究、更精确地观测预报,一直是气象工作者共同面临的难点和努力方向。

目前,我国通过地基雷达、卫星遥感和探空等多种手段开展暴雨观测体系建设。“地空天一体的现代化观测设备、高分辨率数值模式预报,以及预报员丰富的一线经验,是捕捉暴雨的主要技术手段。”谌芸说。

暖区暴雨有明显的中小尺度特征,其来临时经常伴有大风、冰雹、下击暴流等强对流天气,多种波段的地基雷达能精细化监测降水云团的位置和强度,可“核磁共振”般的精准监测强对流云团;毫米波云雷达、风廓线雷达等可监测云粒子空中分布状态、大气边界层内的风向风速,与C、S和X波段雷达互为补充,对强对流云团的发生和发展进行精准“把脉”;“雷达网”能大尺度地“嗅探”云团的内部情况……这些,已成为捕捉暖区暴雨的“硬核支撑”。

针对难以捕捉的暴雨,气象部门建立了从短临、短期到中长期的无缝隙预报体系。“数值模式中的全球同化预报系统(CMA-GFS)、中尺度天气数值预报系统(CMA-MESO)等全球模式和区域模式都可对其进行预报,尤其是CMA-MESO,能提供1公里至3公里的智能网格预报产品。”刘奇俊说。

另外,国家气象中心暴雨暴雪团队通过分析研究建立了暖区暴雨的预报判据,研发出专门针对暖区暴雨的客观预报技术。谌芸表示,“最重要的是,经过多年的暴雨预报实践,预报员对暖区暴雨的认识有了显著提高,积累了许多暖区暴雨的预报经验。”

对于未来如何提高暖区暴雨的预报准确率,刘奇俊表示,数值预报中心将重点发展高分辨率CMA-MESO,提高对暖区暴雨湿热层结、对流触发过程和云微物理过程的精细参数化能力,并将更多地以雷达为主的稠密的地基观测资料同化到CMA-MESO中。

“随着新技术的发展和各种能力的提高,捉摸不透的暴雨天气逐渐被人们所认识,但目前各种数值预报模式对暖区暴雨的预报能力还有待提高,我们还需要运用多种现代化手段,加强中小尺度灾害性天气形成机理的研究。在数字化升级、智能化转型的背景下,预报员应充分利用预报经验,基于AI等新技术,开展客观预报方法的研发。”谌芸提醒。

(作者:唐淼 责任编辑:曹锐怡)