财新传媒
位置:博客 > 知识分子 > 灾害性天气多发:暴雨过后,又现“烟花”

灾害性天气多发:暴雨过后,又现“烟花”

 
图1 中国气象局风云四号卫星云图 | 图源:中国气象局
 
导 读
 
引发了重大灾害的 “7·20” 河南特大暴雨刚刚过去,台风 “烟花” 又紧随其后,先后在我国浙江省舟山和平湖附近两次登陆,带来狂风和暴雨,施虐华东诸省市。气象研究人员初步分析认为,尽管河南特大暴雨发生时,“烟花” 距离郑州尚有数千里之遥,但其对河南极端特大暴雨灾害的发生却起到了推波助澜的作用。
 
在 “烟花” 与西太平洋副热带高压之间强劲偏东气流的作用下,源自太平洋面的丰沛水汽向河南强降水区持续输送,导致了河南区域的高降水效率和特大暴雨灾害。此外,台风 “查帕卡” 的水汽输送也可能起到了重要的作用。
 
那么,台风究竟是什么?它由哪里来?对人类有哪些影响?它的预报难在哪儿?未来又会呈现哪些变化?我们如何应对?
 
撰文 | 崔晓鹏(中国科学院大气物理研究所)
 
责编 | 冯灏
 
台风的 “出生”
 
台风是热带气旋(Tropical Cyclone,简称TC)家族中的一员,是人们对于生成在西北太平洋和我国南海区域热带气旋的传统称谓。热带气旋是生成在热带或副热带温暖洋面上的、具有暖中心和低气压结构的强烈大气涡旋,参照中国气象局 “热带气旋等级国家标准(GBT 19201-2006)”,我国按其中心附近近地面最大平均风速,将热带气旋划分为六个强度等级:
可见,严格意义上讲,老百姓口中常常提及的 “台风” 并不一定都达到了 “台风” 的标准,有些热带气旋在其整个生命史当中都没能达到 “台风” 标准。例如,2006年的 “碧丽斯”,其生命史中最大强度仅为 “强热带风暴”,但却造成了我国南方部分地区严重的人员伤亡。由此也可以知道,并不是只有台风才能造成严重灾害,在有利环境条件的配合下,较弱的热带气旋同样可以引发巨灾。因此,对于整个热带气旋的家族成员,人类都不可以掉以轻心。
图2 1985-2005年全球热带气旋移动路径图 | 图源:wikipedia
 
那么,热带气旋(TC)从哪里来?
 
TC的生成一般需要满足一定的大气和海洋环境条件,包括:温暖洋面(海表面温度一般在26℃以上)和一定厚度的较暖海洋混合层(海洋为TC生成和发展提供了巨大能量源,而暖洋面和一定厚度的海洋混合层保证了巨大能量的持续供给)、较强的大气低层气旋性涡度(提供初始旋转强度)、相对潮湿的大气中层(有利于TC生成和发展)、垂直变化较小的生成地水平风速(有利于TC暖心结构的形成和维持)、距离赤道南北3-5个纬度等。
 
但以上这些仅仅是有利于TC生成的基本大尺度环境条件。满足上述条件,不一定有TC生成;而不满足条件,TC也有可能生成。例如,一般认为赤道两侧3°之间的地带不会生成TC,但2001年 “画眉(Vamei)生成于北纬1.4度、2004年 “阿耆尼(Angi)”生成于北纬0.7度、1956年 “莎拉(Sarah)”生成于北纬2.2度,却是例外。
 
TC的生成实际上是在上述有利的环境条件下,多尺度天气系统相互作用的结果。
 
首先,TC生成需要一定的大气初始扰动源,在西北太平洋,这种扰动源主要来自季风槽,在大尺度季风槽中出现的大气中尺度对流云团充当了TC生成的 “前兆(precursor)” 因子,而在这些中尺度对流云团特定区域形成的、主要位于大气中层的中尺度对流涡旋则被认为是TC生成的 “胚胎(embryo)”,正是这一胚胎环境为热带区域广泛存在的小尺度对流 “热塔(Vortical Hot Tower)” 提供了有利的集中孕育和发展环境。
 
在较高海温等有利环境条件背景下,这些大气中的多尺度天气系统复杂相互作用,最终促成了TC的生成。一旦TC生成,它便开始了自组织发展过程,持续从海洋吸收能量,不断发展壮大(一部分会发展为台风,甚至超强台风),携带大量水汽,在副热带高压等提供的引导气流牵引下,向中纬度地区移动,有些会登陆(媒体经常关注的 “登陆”,从定义而言,就是TC中心与海岸线相交),给人类带来巨大影响,引发严重灾害。
 
据联合国《灾害造成的人类损失2000-2019》报告,风暴和洪水影响最为突出,本世纪初20年(2000-2019年)比上世纪末20年(1980-1999年)显著增加,而热带气旋在这里面起到了极其重要的作用。
图3 登陆热带气旋引发的降水分类 | 图源:Chen et al., 2010: An overview of research and forecasting on rainfall associated with landfalling tropical cyclones.
 
三大杀手锏
 
西北太平洋(包括南海)是全球TC活动最为显著的区域之一,全年都可能有TC活动,7-8月为TC高发季,但非高发季(例如秋季)的TC也常可具有很强强度与剧烈的风雨。我国是世界上TC登陆最多、受影响最为严重的国家,例如,2018年西北太平洋海域生成30多个TC,其中,12个在我国登陆,登陆总数更是高达20次。
 
TC带来的直接影响主要源自其显著的风雨,狂风、暴雨、风暴潮是它的三大杀手锏。狂风最大可达60米/秒以上,例如2006年的 “桑美”;暴雨最大日雨量可达1000毫米以上,例如2009年的 “莫拉克”;风暴潮风暴增水可达几米以上,而且如果与天文潮叠加,将更为可怕,对沿海城镇形成巨大威胁,例如2013年的 “菲特”。
 
而即使没有登陆,TC近千公里尺度的庞大 “身躯” 亦可以给沿海城镇带来显著的强风和强降水。TC大风可掀起海洋巨浪威胁航运和渔业安全,登陆TC大风对沿海城市安全运行构成巨大威胁。由于陆地摩擦的影响,TC登陆后,大风往往迅速减弱;与大风相比,TC暴雨影响范围更为广泛,不只局限于其千公里尺度的环流内部,通过与中纬度天气系统或季风系统的相互作用,还可引发远离TC环流的 “远距离暴雨”。
 
统计显示,“胡焕庸线” 以东所有地区都会受到TC降水的影响,我国历史上排名前几位的特大暴雨几乎都与TC有关[1],例如,“758” 特大暴雨灾害就是由登陆减弱后的 “尼娜(Nina)” 所引起,而今年河南特大暴雨尽管非TC直接造成,但也与 “烟花” 有着不可分割的密切关系。风暴潮如果叠加天文大潮可引起潮位猛涨、海水倒灌,甚至决堤。
 
此外,TC登陆还可造成众多次生灾害,引发城市内涝、山洪泥石流、交通拥堵、通讯中断、停水停电等。TC对人类社会的影响往往是全方位的,除了上述灾害,还可造成物价波动、城市正常运行秩序破坏、灾后疫情蔓延威胁等。当然,TC也有其有益的一面,包括,增加淡水资源、提高渔业资源、缓解高温酷暑等等。
图4 2021年河南暴雨期间,大气整层积分的水汽输送和集中情况。矢量表示水汽输送(水汽通量);冷色调表示水汽局地汇集(水汽通量辐合);紫色区域为河南省 | 作者制图
 
台风(热带气旋)预报难在哪儿?
 
谈了这么多TC的灾害性和益处,趋利避害是最终目标,但就人类现在的科学技术发展水平而言,与这一目标还相距甚远,对TC的活动规律、演变机理等仍缺乏足够的认知,预报能力仍亟需推进。
 
目前,对于TC的预报,主要关注其移动路径(指TC中心移动轨迹)和强度变化,进而研判其风雨影响,随着科学技术的进步和对TC规律认识的不断深入,预报水平逐年提高。其中,平均路径预报误差已经减少到几十公里,但强度预报进展相对缓慢,精细化的风雨预报则更为困难。因为移动路径和强度等的小幅偏差都会造成风雨分布和强度的明显变化,而路径差异引起TC所经地下垫面和地形的改变同样会引起显著不同的风雨。
 
TC登陆过程则更为复杂,登陆过程涉及极其复杂的海-气相互作用、陆-气相互作用、多尺度天气系统相互作用等。这些复杂因素均会引起TC移动路径、TC强度、风雨分布和强度的显著变化,甚至异常变化,造成预报偏差和应急措手不及。
图5 热带气旋登陆过程示意图 | 作者制图
 
多年来,大气科学界一直致力于深入认识TC活动规律和演化机理,进而提升预报水平,借助气象卫星、天气雷达、自动气象站、风廓线雷达、无人机、无人船等空-天-地-海综合探测系统,布下天罗地网,追踪和剖析热带气旋,探究其演化机理;借助超级计算系统和高精度极其复杂的数值预报模式,推演和预报TC未来走向和变化。上述TC移动路径、强度和风雨预报的不断进步与这些不懈努力密切相关。
 
但由于TC活动的复杂性,比如TC附近其它天气系统的复杂演变、海陆下垫面、地形、海温非均匀分布与变化,甚至城市下垫面和人类活动等,均会对TC活动和风雨变化产生不同程度的影响,精准的预报仍极其困难。
 
目前,TC预报的难点主要包括异常路径变化(路径突然转折,甚至180度转折,移动速度减慢或突然加速)、强度变化(尤其是异常变化,例如快速增强/减弱)、强风/暴雨落区和强度(庞大的TC环流内,强风/强降水分布呈现显著的非均匀特征,TC环流内甚至会出现 “风平浪静” 的较好天气)、TC生成过程(TC生成在广阔洋面上,观测缺乏、认知不足)等等,这些均是世界性的瓶颈难题。解决这些难题需要大气科学界和气象业务部门共同努力,协同攻关、逐步推进。
 
需要指出的是,TC活动规律也在不断变化,例如,建国以来一共有8-9个TC登陆上海地区,其中2018年在1个月之内就有3个。2018年 “温比亚” 和2019年 “利奇马” 接连重创北方蔬菜基地寿光。2020年,出现建国以来首次7月“空台”(整个7月无台风活动),但10月一下子生成7个;2020年8月下旬至9月上旬,我国东北地区遭遇罕见的台风三连击。今年的 “烟花” 行动缓慢、路径曲折,最终在上海附近的舟山登陆,进而进入杭州湾,在浙江平湖再次登陆。
 
国际上最新研究表明,伴随全球气候变化(气候变暖)以及不断推进的城镇化等人类活动,包括TC在内的高影响天气的活动规律已经呈现出显著变化,并且很可能仍将继续,值得人类警醒和高度关注。近期的分析研究指出,TC强度在不断增强,强台风增多,TC移动速度变缓(强热带气旋尤甚),TC活动更加趋近陆地,对陆地人类影响加强,登陆TC衰减速率变缓,内陆受灾风险加剧等等。[2-5]
 
尽管未来变化趋势仍存在很大不确定性,但过去几十年,TC活动的变化已经显现。未来全球气候变化仍会继续,而人类活动也会不断增强,城镇化进程仍会继续、局地人口密度进一步加大、全球范围内的双碳行动(碳达峰、碳中和)亦将产生显著的影响,这些都可能对TC活动产生重要的影响,需要全人类持续和密切关注。
 
台风(热带气旋)灾害如何应对?
 
鉴于TC对人类影响的频繁性、广泛性和致灾的严重性,应对TC的影响,需要社会各部门、各行业协同和联动。
 
● 对于大气科学研究人员,需要借助不断增加的多源精细化监测数据和高精度数值模式,进一步深入揭示TC活动规律、演变机理和强风与暴雨成因,构建更为有效的预报方法。
 
● 对于气象业务部门,需要紧密追踪研究新进展、新方法和新技术,并强化业务转化应用,努力提升预报能力。
 
● 对于应急管理、交通、水利、城市运行管理等其他部门,需要密切关注和实时追踪气象业务部门发布的相关预报信息和滚动发布的预警信息,及时部署应对措施,有效保障公民、社会和经济安全临灾时,上述各领域、各部门、各行业保持高度联动,共同抵御可能的灾害影响。
 
此外,各部门还需要加大科普力度(尤其是大气科学研究人员和气象业务部门),频繁广泛地开展深度科普,使科技进步进一步惠及公民。
 
对于每个公民,需要积极学习科普知识,强化防灾意识,从自己做起,爱护大自然,一定要对大自然心存敬畏,千万不能有侥幸心理。TC来临时,如自己处于TC影响预警区域,要做好防护,密切关注气象部门实时发布的各种预警信息,停止户外活动并及时转移到安全地带、避开临时建筑和危旧房屋、关闭门窗、非必要不要外出、将窗外物品转至室内避免高空坠物等。
 
人类在发展进程中,要不断感知自然、认识自然、敬畏自然、保护自然,更好地与大自然和谐共处,爱护我们赖以生存的地球。
 
参考资料
 
1) Chen, L. S., Y. Li, and Z. Q. Cheng, 2010: An overview of research and forecasting on rainfall associated with landfalling tropical cyclones. Adv. Atmos. Sci., 27(5), 967-976,doi: 10.1007/s00376-010-8171-y.
 
2) Sun Yuan,Zhong Zhong,Tim Li,Lan Yi,and Yixuan Shen,2021,The slowdown tends to be greater for stronger tropical cyclones,Journal of Climate,DOI 10.1175/JCLI-D-20-0449.1
 
3) Wang Shuai and Ralf Toumi,2021,Recent migration of tropical cyclones toward coasts,Science,DOI: 10.1126/science.abb9038
 
4) Li Lin and Pinaki Chakraborty,2020,Slower decay of landfalling hurricanes in a warming world,Nature,https://doi.org/10.1038/s41586-020-2867-7
 
5) James P. Kossin, Kenneth R. Knapp, Timothy L. Olander, and Christopher S. Velden,2020,Global increase in major tropical cyclone exceedance probability over the past four decades,PNAS,DOI:10.1073/pnas.1920849117



推荐 1