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天气预报员是如何炼成的

日期:2018-12-14 14:49:10

来源:北京晚报 2018年11月18日18版

从唐山地震开始积累四十年经验

北京市气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。”

后来国家地震局耿庆国研究员给气象局员工做的“旱震关系的学术报告”让周名扬有所启发。从那时起,每当得知我国及周边地区发生六级以上地震时,他就特意从天气图上查看地震发生地,试图找出地震发生前后的天气形势及天气现象与地震的关系。

“经过四十年来不断观察,我发现,凡有六级以上的地震发生前后,该地区上空近地层低气压天气系统易得到发展,一般多伴有降水天气。”

唐山大地震后,周名扬开始关注地表及地表以下有关要素的变化和大气层中天气变化的关系。经过几年的统计分析研究,他发现天气系统的发生发展必然要受到地表下热力等方面的影响。“这个能作为预报天气的一个重要因素。后来我在每次做预报时,都要考虑地温因素。”周名扬说。

众所周知,地球月球旋转造成的太阳、地球、月球位置的相对变化,在海洋中产生的潮汐现象。实际上,在大气层中同样也存在潮汐,周名扬做了一个表格,按阴历排列,分别统计了北京、哈尔滨、乌鲁木齐、成都、广州等五个地区从1951年到1980年共三十年的降水日数),从阴历初一到三十逐日求降水天数平均值。结果发现:在阴历一个月中,有几个相对多降水日节点,在节点上的日期降水平均日数比非节点日期要多5%到15%。其中纬度高的比纬度低的偏多幅度要大一些。

“自那时起,我在做天气预报时还要考虑潮汐因素,我大约估计了一下,预报降水天气的准确率可提高1到3个百分点。”

除地温、潮汐因素外,太阳光的光压对天气的变化也有一定影响。上世纪五十年代,周名扬还是一名地面观测员,他发现,每天早上当太阳刚出来后的两三个小时,天空云量有增多现象,后随太阳高度角增高,云量也就随之减少。当有降水天气过程时也大多从早上开始,到中午前后为少云、少降水时段。到傍晚太阳下山前后又有一天之中天空云量和降水相对较多时段。

“后来我在做降水天气的起止时间预报时,光压也成了必须要考虑的因素之一。”

能提前三十分钟做预警来之不易

今年,北京汛期降雨偏多,不过多次降雨预报准确,其中7·16和7·24暴雨过程,最后降雨时间、雨量、程度,跟预报相当一致。

目前,北京地区24小时有无降雨预报准确率达90%以上,暴雨、雷电等突发气象灾害预警平均提前量超过30分钟。中长期预报预测业务更精细,重大天气过程预报时效延长至30天。2018年中雨、暴雨预报准确率同比提高了5.2和2.7个百分点;雷电、暴雨预警提前量同比平均提前了16分钟和37分钟。

相较过去全市单一、粗略的降雨趋势预报,现在是精准预报。雨什么时候下,下多少毫米、下在什么地方,10分钟一个推送。一线防汛人员打开手机,随时都能看到。今年汛期北京共发布市级预警47次,分区预警高达1066次。在房山8·11山体塌方灾害中,房山区气象台提前在事故发生前夜发布的雷电、暴雨气象预警和滚动的雨情信息,第一时间传递至一线防汛人员手中,最终在塌方前的10分钟,阻止了一场灾难。

这些准确的预报,对气象工作者来说其实得之不易,从事气象预报工作的周名扬说,从全球范围来讲,天气预报的准确率总体还远远不够。而且几乎每次天气预报出现较大偏差时,事后都能从天气图上找到原因。因为无论何时,一个地区出现的天气现象与这个地方上空的天气形势及各气象要素配制变化都是相当吻合的。也就是说,大气层中发生的各种天气现象,从目前已有的压、温、湿、风等场以及云天状况中都能够较好地反映出来。

周名扬通过多年观察各地各种天气现象的演变过程和不断总结预报工作中得失,逐步认识到,引起大气环流变化的除了目前人们已知的因素外,可能还有许多其它影响因素,目前我们还未发现或未加考虑。

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……

周名扬从一些气象现象中注意到,大气环流的年际间变化是很大的,而就目前已知的引起大气环流变化的主要因子中如地球的公转、自转,太阳的辐射强度,地形、地貌以及植被……这些因子年季变化是很小的。因此可看出:大气环流除了遵循空气本身的运动规律和人们已知的因素影响外,另外幕后还一定有推手,有待进一步探究。

 

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天气预报不仅要看天 还得要探地

当下,越来越多的学者认为,地球系统变化的理论将成为本世纪地球科学的突破点,将地球的大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、地幔和地核以及近地空间作为一个整体,实现多学科的交叉融合,有助更清晰地了解我们所处的环境。周名扬也根据多年的经验提出了一个全新的假说:“引起大气环流变化、异常的主要幕后推手——最可能是地球内部地质结构变化运动。”

我国专门从事地震预报的科学家耿庆国研究员早在1985年著作的《中国旱震关系研究》一书中提出了在大地震的孕育过程中会有气象效应存在,比如震前一至三年半时间内,包括震中区在内的广大地区出现的大面积干旱现象,不过是孕震过程中造成的气象效应,是地震引起的气象变异……

著名遥感地质专家陈荫祥研究员也曾提出:极端异常天气和气象灾害虽然表现在大气层中,但根源和驱动力都可能深隐在地内若干千米处。这些地内的强热中心、地内动力源、水气热力喷发通道才是引发气象灾难的根基;国家气象局研究员任振球则论述过“三星一线”的作用,提出天文因子可以影响或触发地球上自然灾害的发生。

大量的一线工作经验也让周名扬认定:“地球内部地壳和地幔物质变化运动,可能是引起大气环流变化及异常的一个主要幕后推手。”

“气象科学至今已有200多年的发展史,大气层中空气运动规律和各种天气现象的演变过程都已认识比较清楚了。今后若仍局限在大气层内做孤立地研究,天气预报水平将很难获得质的突破。”周名扬说。

以后的天气预报不光要仔细看天,还要认真探地。

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、防灾减灾和环境治理等问题,并将帮助人类更深刻地认识地球。

中国科学院大气物理研究所院士曾庆存说,面对全球温度变化、自然灾害,环境污染等问题,现在国际上都在研究地球系统模型,用来预测100年后地球的环境变化。

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