暴雨預(yù)警為什么難

李晴嵐

近日，臺(tái)風(fēng)“?？睂?duì)中國東南多地造成嚴(yán)重災(zāi)情，導(dǎo)致福建、廣東、香港等地出現(xiàn)破紀(jì)錄暴雨。香港天文臺(tái)在9月7日晚11時(shí)至8日凌晨1小時(shí)，錄得158.1毫米雨量，創(chuàng)下自1884年以來的最高紀(jì)錄。深圳也創(chuàng)下了多個(gè)氣象紀(jì)錄，包括2、3、6、12、24、48、72小時(shí)最大滑動(dòng)雨量，使得這次暴雨毫無爭議地成為深圳有氣象紀(jì)錄以來最強(qiáng)暴雨過程。

然而，對(duì)此次強(qiáng)暴雨過程，深圳、香港兩地的氣象部門都沒有及早向民眾發(fā)出預(yù)報(bào)預(yù)警。這引發(fā)了一些疑問：在現(xiàn)代科技水平下，我們可以預(yù)測臺(tái)風(fēng)和天氣，但似乎在預(yù)測臺(tái)風(fēng)降雨強(qiáng)度方面存在一定的不確定性。那么，為什么預(yù)測降雨強(qiáng)度如此困難？不確定性從何而來？

臺(tái)風(fēng)暴雨受多種因素的影響，是一個(gè)多個(gè)尺度天氣系統(tǒng)相互作用的復(fù)雜過程。陳聯(lián)壽和許映龍2017年指出，臺(tái)風(fēng)特大暴雨并不完全依賴于臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度或內(nèi)核對(duì)流強(qiáng)度，還和不同尺度環(huán)流系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)的相互作用、下墊面對(duì)臺(tái)風(fēng)環(huán)流的作用及臺(tái)風(fēng)上層云微物理過程有關(guān)。

首先，臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)、路徑、強(qiáng)度、移速、維持時(shí)間、尺寸，是影響臺(tái)風(fēng)降水分布的重要條件。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，臺(tái)風(fēng)降雨的強(qiáng)度和分布主要受臺(tái)風(fēng)路徑和強(qiáng)度的影響。一般相同背景下，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，降水會(huì)越大。但受其他因素影響，有時(shí)強(qiáng)度低的臺(tái)風(fēng)引發(fā)的暴雨會(huì)比強(qiáng)度高的臺(tái)風(fēng)帶來的降雨大。臺(tái)風(fēng)的路徑一般決定了哪些地區(qū)將受到最大影響。伍榮生院士的研究指出，幾乎每個(gè)臺(tái)風(fēng)都存在非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，最主要表現(xiàn)形式為傳播的螺旋雨帶以及β效應(yīng)中的通風(fēng)流，螺旋雨帶的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度具有重要影響。另外，研究表明在臺(tái)風(fēng)登陸過程中，其軸對(duì)稱降水強(qiáng)度迅速減弱，該過程與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度密切相關(guān)，且平均而言臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度越強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)降水率、降水面積及總降水也越高，但極端降水特征與臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度之間無確切關(guān)系。

其次，臺(tái)風(fēng)的移速越慢，它在上空逗留和維持低值系統(tǒng)影響的時(shí)間越長，造成的降水時(shí)間也越長，可能造成的降雨會(huì)越大。臺(tái)風(fēng)的尺寸大小也會(huì)影響臺(tái)風(fēng)降水的強(qiáng)度和分布，研究表明，臺(tái)風(fēng)的尺寸大小與臺(tái)風(fēng)降水指標(biāo)之間有較好的相關(guān)性。

除了臺(tái)風(fēng)自身的因素外，大氣環(huán)境背景、地形以及下墊面類型，同樣對(duì)臺(tái)風(fēng)降水有重要影響。

低空急流等天氣系統(tǒng)與臺(tái)風(fēng)耦合，有利于臺(tái)風(fēng)降水的發(fā)生。當(dāng)環(huán)境場比較干燥時(shí)，登陸臺(tái)風(fēng)的影響范圍比較小而且會(huì)迅速減弱；當(dāng)環(huán)境場比較濕潤時(shí)，臺(tái)風(fēng)能以較強(qiáng)的強(qiáng)度登陸并影響較大的范圍。臺(tái)風(fēng)與西風(fēng)槽相互作用，可導(dǎo)致臺(tái)風(fēng)遠(yuǎn)距離暴雨的發(fā)生；臺(tái)風(fēng)低壓環(huán)流往往在低空形成一條寬廣的偏東南風(fēng)急流帶，并成為暴雨區(qū)的主要水汽通道和能量通道。臺(tái)風(fēng)登陸前后，是下墊面環(huán)境改變最為劇烈的時(shí)刻，也是臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)變化最為劇烈的階段，結(jié)構(gòu)突變會(huì)引起強(qiáng)度、路徑和風(fēng)雨的突變。最后，非均勻下墊面和地形的存在，使得登陸臺(tái)風(fēng)的降水呈現(xiàn)出明顯非對(duì)稱結(jié)構(gòu)和局地化分布特征，對(duì)臺(tái)風(fēng)暴雨的增幅和特大暴雨的出現(xiàn)有重要影響。

總而言之，影響臺(tái)風(fēng)降雨的因素復(fù)雜多樣。目前，臺(tái)風(fēng)暴雨的預(yù)報(bào)主要依賴于數(shù)值模式和動(dòng)力—統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法。然而，數(shù)值模式存在參數(shù)化和分辨率等局限性，其中的積云對(duì)流和云微物理參數(shù)化方案，難以精確模擬復(fù)雜的氣象過程。而基于歷史相似性的動(dòng)力—統(tǒng)計(jì)方法，實(shí)際預(yù)報(bào)中存在很大的不確定性。因此，無論國際還是國內(nèi)，對(duì)臺(tái)風(fēng)降水尤其是極端降水的預(yù)報(bào)能力仍在不斷改進(jìn)的過程中，臺(tái)風(fēng)降水預(yù)測仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。