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强对流天气如何预报?
日期:2017-08-28 时间: 09:06

QQ截图20170825111236

嘉宾: 国家气象中心强天气预报中心

领班预报员 周康辉

采访人:中国气象报 王敬涛

强对流天气是指发生突然、天气剧烈、破坏力极大,常伴有雷雨大风、冰雹、龙卷风、局部强降雨等强烈对流性灾害天气, 具有重大杀伤性的灾害性天气之一。

强对流天气发展比较快,消散得也快,在所有的天气类型中最难预报— —几乎为预报员所公认。那么,强对流预报为什么那么难?当前我国的强对流预报水平如何?

1.问: 目前, 我国在业务上能够对哪些强对流天气进行预报? 预报水平如何?

答: 我国强对流天气预报业务主要从2009 年开始,可以针对短时强降水、雷电、冰雹、雷暴大风等强对流天气进行预报。在我国, 短时临近降水、 暴雨等发生的几率明显高于其他类别的强对流天气, 因此我国预报员在这方面积累了一些经验, 其预报准确率也较高。

从技术角度来说,先进的数值预报模式逐步使用和多普勒天气雷达网逐步完善,为强对流天气的短时预报和临近预报提供了最佳的预报手段和预报方法。目前,我国建立了由全国中期天气预报模式、中尺度数值天气预报模式、全球集合预报系统、热带气旋路径数值预报模式、沙尘暴数值模式等组成的数值天气预报业务体系,发展了精细到乡镇的气象预报系统和灾害性天气短时临近预报系统, 对于短时强降水的预报准确率已经达到了30%。

不过, 龙卷风和下击暴流等尺度更小、 持续时间更短的强对流天气, 我国暂未开展业务性预报。从发生机制来看, 主要是因为直接引发这种强对流的天气系统属于中小尺度系统。这种系统从空间尺度看,大的飑线天气系统不过百余公里, 小的风暴单体只有十几公里甚至几公里,而龙卷更小到只有几十米到几百米,很难被常规气象观测手段捕捉到; 从时间尺度看,强的天气系统能维持几个小时到十几个小时,有些天气系统持续不过几十分钟甚至几分钟,变化剧烈; 同时,对于引发这种天气系统的物理规律,现代气象科学仍没能完全认识,对其生消变化的模拟只能做到某种程度的近似。

2.问:要预报不同的强对流天气,需要关注哪些关键要素?

答:在强对流天气的“家族”里,按照从弱到强、影响从小到大的顺序可以排列为雷暴、短时强降水、冰雹、下击暴流、飑线等。由于龙卷风的局地性特别强、持续时间短,现有的观测技术水平难以捕捉,因此它的强弱暂时无法与其他“家族”成员进行比较。

不论强对流天气强还是弱, 在预报中都要关注水汽条件、气流抬升能力、垂直对流条件、热力条件等。条件强弱不同的组合会形成不同的强对流天气。

当大气中的层结不稳定时,容易产生强烈的对流,云与云、云与地面之间电位差达到一定程度后就会发生放电, 有时雷声隆隆、 耀眼的闪电划破天空,因此雷暴天气总是与发展强盛的积雨云联系在一起。

夏季由于气温高、蒸发量大,大量水汽上升、遇冷凝结成云;同时高层较冷的空气会下降,遇热后继续上升,由此循环,即可形成大片的积雨云。积雨云会产生短时强降水。它的形成条件比雷暴需要更充足的水汽条件。

冰雹是从有雷暴发生的积雨云中降落的坚硬球状、锥状或形状不规则的固体降水。一般多出现在春夏之交,通常产生在系统性的锋面活动或热带气旋登陆影响过程中,但也有局部性的。要产生10厘米的大冰雹,必须要有50米/秒以上的上升气流运动,而一般产生雷雨的积雨云上升运动仅为10米/秒左右。它比短时强降水需要的气流抬升能力更强。

下击暴流是指一种雷暴云中局部性的强下沉气流,到达地面后会产生一股直线型大风,越接近地面,风速会越大,最大地面风力可达15级。一般认为,下击暴流的形成和雷暴云顶的上冲和崩溃紧密联系。上升气流在其上升和上冲的过程中, 从高层大气运动中获得了水平动量。随着上冲高度的增加,上升气流的动能变为势能(表现为重、冷的云顶)而被储存起来,之后,一旦云顶迅速崩溃,位能又重新变成下降的气流。这需要极强的垂直对流条件。

飑线是指风向和风力发生剧烈变动的天气变化带, 其实就是地面上升的湿热空气和高空下来的干冷空气的接触面。在这个接触面上,冷热空气进行能量交换, 使该区域形成低压,是强对流天气现象的动力来源。飑线的形成和发展除与天气形势有密切关系外,地方性条件也起着极其重要的作用,通常是雷暴、短时强降水、冰雹、下击暴流等的“集合体” 。

3.问:目前我国预报员主要依靠哪些手段来预报? 预报难点在哪里?

答:由于强对流天气发生的空间尺度和时间尺度都较小,因此对数值预报模式的时空分辨率要求更高。同时,强对流天气事件较一般天气过程而言少很多,可供研究的个例更少,预报难度更大。

现在的模式预报产品中并没有直接的强对流天气预报产品,因此需要预报员及时跟踪最新雷达回波图。

但由于强对流天气发生于对流云系或单体对流云块中,在气象上属于中小尺度天气系统,空间尺度小,一般水平范围大约在十几公里至二三百公里,有的水平范围只有几十米至十几公里。其生命史短暂并带有明显的突发性,约为一小时至十几小时,较短的仅有几分钟至一小时。举例来说,在夏天,北京市海淀区出现雷暴或者冰雹,在通州却是晴空万里。对这种小尺度发展迅速的天气系统, 在气象预报上存在一定的困难。强对流天气的特征使得在目前的观测条件下,不仅是中国,即使是世界发达国家,对于其信息的捕捉也不够全面。

同时, 虽然气象专家已经对强对流天气的发生机制有初步了解,但对其更深层次复杂的发生、发展机制还需要继续研究,尤其是对发生频次不高的一些类别的个例分析需要更多。

4.问:目前国际上对于不同类型的强对流天气预报水平和业务开展情况如何?

答:相对于欧美等发达国家, 我国强对流天气预报起步较晚。比如美国,因为当地龙卷风出现的频率很高,并且造成的危害很大,因此在龙卷风方面的研究起步早。

即使在美国, 也没有办法做到完全准确预报强对流天气。以龙卷风来说,由于其属于小尺度天气系统或者小概率事件,其时间、空间随机性较强,目前绝大多数的气象探测设备和探测系统都无法有效监测、追踪其发生发展。美国等有着丰富预报和监测经验的发达国家, 即使气象监测站距离逐年缩小,雷达网日趋完善,其预警时间也十分有限,预警虚警率超过70%。

5.问:未来要提高强对流天气预报水平,可以在哪些方面着力拓展?

答:针对强对流天气时空尺度较小的特点,提高预报水平,首先要对其发展机制进一步加强研究;其次,进一步完善监测系统,使观测网在空间和时间上更密;第三,进一步发展中小尺度数值预报模式,提高其时空分辨率;第四,预报员也应该提高自身临近预报的水平。


责任编辑:记者站
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