追逐“强天气”的足迹

　　近期，雷电、冰雹、大风频繁亮相，高调“宣告”我国强对流天气高发期的到来。与此同时，在大洋彼岸，美国同样进入了强对流天气的多发季。来势汹汹的小尺度系统不断“挑战”着各国气象部门的监测预报和预警能力。

　　“我国与美国在强对流这种小尺度天气的预报以及科研方面各具特色，不过，作为全球强对流天气业务较为先进的国家，美国在监测、科研和业务方面都有许多可供借鉴之处。”中国气象局气象干部培训学院业务培训部主任俞小鼎告诉记者。

　　空基监测能力突出

　　“借助静止卫星，预报员可以看到强天气的时间演变规律。美国目前的静止卫星采用‘三轴稳定’技术，大圆盘图的更新周期为15分钟，而针对某一强对流区域的快速扫描更新周期可达1分钟甚至30秒，这使得美国预报员可以提前察觉强对流天气快速演变过程。在强对流天气预警中，快速更新的静止气象卫星图像作为监测的重要辅助手段，配合作为主要监测工具的雷达图像，可帮助预报员提前更长时间发布预警信息。”国家气象中心强天气预报中心副总工程师郑永光如是说。

　　美国的雷达观测也有其“过人之处”。美国基本使用统一型号、统一波段的雷达。“这种做法的好处在于便于对雷达监测数据进行相互比对和订正，提升数据的准确性。”郑永光表示，此外，美国的雷达设备均为双偏振雷达，可以从水平和垂直两个方向发射两束电磁波，增强对降水粒子的识别能力，更准确地把握强风暴天气的类型，帮助预报员预判即将现身的强对流天气到底归属哪一“族群”，是冰雹、短时强降水，抑或冰粒。

　　人机“互动” 提升预警准确率

　　据俞小鼎介绍，美国国家环境预报中心下属的美国强风暴预报中心一旦划分出强风暴天气的警戒区域，受影响较大的台站就会据此发布预警，并根据实际情况，宣布当地是否即刻进入警戒状态。

　　“一旦宣布进入警戒状态，当地就会立即派出目击观测者，包括志愿者、预报员以及警察等（这些人均提前接受了相应训练）。这些训练有素的目击者可以在龙卷风尚未出现之时，判断可能导致龙卷风的雷暴云系统的形态。”俞小鼎告诉记者，此外，在美国国家强风暴预报中心大厅，还悬挂着大屏幕电视，实时播放商业电视台直播的强天气节目，包括冰雹侵袭、龙卷风横行的画面。

　　“这个悬挂于大厅中央的屏幕被预报员视为掌上明珠，从这些实时画面上，预报员可以判断出龙卷风或冰雹的强度、移动方向，并和雷达图像进行比对，判断龙卷风是否会‘成群’出现。”俞小鼎说。根据统计，美国对强对流天气进行预报预警并非只依靠多普勒雷达（其作用只占60%）。除此之外，目击者报告以及实况电视转播会起到40%的作用，其力量不可小觑。

　　科研转业务能力强

　　美国强对流天气预报能力较强，不仅在于其观测水平较高，能够充分利用社会力量，更重要的是，美国科研机构能够不断推陈出新，开发出新的数值预报以及同化预报等系统，提高预报准确率。“比如，美国是首个将雷达资料同化到数值预报系统之中的国家。”俞小鼎说，美国强对流监测以及数值预报系统都处于世界先进水平，秘诀不仅在于其所积累的丰富经验，更重要的是，美国强对流天气科研和业务之间的无间隙对接。

　　美国强风暴预报中心（主攻业务）与其他强天气科研部门，包括俄克拉荷马大学（最擅长于强天气研究的学院）以及NOAA下属的强风暴实验室、专门研究中尺度天气的民间研究机构均被布设于一栋大楼之中，地理优势“成全了”这些科研以及业务单位能够经常进行会商交流，潜移默化创造了良好的科研业务“合体”氛围。

　　从顶层设计上，美国强风暴等领域也较为重视“面向业务”、且直接产生社会经济效益的科研。与其他国家不同，美国科研立项机构不仅仅考核科研人员发表的论文水平，更注重考核其业务开发能力。

　　“除了有专门的资金支持，美国还专门设有一个连接科研与业务部门的机构——Testbed。通过这一桥梁，科研人员可以与业务人员实现资源共享，及时准确地获悉业务人员的需求。业务人员也可以从这里挑选出最能够帮助自己提升预报水平的前沿科技产品。同时，Testbed还是一个准实验平台，它吸引各具特色的强风暴科研机构（甚至包括海外的科研机构）将其产品送入其中进行检验，对科研产品中“不接地气”的部分加以改进提升；同时，也能够帮助提升业务人员对科研产品的释用能力。

　　正是Testbed这一特殊桥梁的存在，使美国强天气以及包括飓风等灾害性天气业务水平雄踞世界前列，比如美国对流尺度集合预报系统（美国强风暴业务中心的核心预报产品之一）就诞生于Testbed这一“摇篮”之中。

　　集合预报产品广泛应用

　　集合预报产品在预报业务中的广泛应用，及其迅速的升级换代，也是美国强对流预报准确率较高的因素之一。2002年，美国国家强风暴预报中心开始在业务中使用集合预报产品。由于强对流天气具有较大的不确定性，部分甚至属于极端小概率事件，集合预报产品可以为预报员提供更多可能性供其参考，帮助预报员捕捉“漏网之鱼”。随着产品的更新换代，目前，对流尺度的集合预报系统已经“问世”并且在业务中得以应用。“由于它具有更高的时空分辨率，能够刻画出天气系统之中的精细结构且同化出更多信息，物理过程更接近实际情况，因此，这一系统能够更好地模拟更小尺度的局地灾害性天气，较精确地预报深对流系统（即垂直空间尺度较大、发展比较旺盛的对流性天气系统），提供风暴发展的信息。”俞小鼎告诉记者。

　　“尽管目前，对强对流天气的监测和预报水平已经有了很大提升，但是由于强对流天气属于中小尺度系统，生消快，难以捕捉，科学家对其生成以及发展等机理方面的认识尚存空白，数值模式分辨率精细程度不足，因此，对强对流天气进行精细化预报仍然是世界各国面临的难题。”俞小鼎告诉记者，未来，全球科学家研究的重点将集中于进一步改善集合预报系统，使其分辨率达到2公里到3公里，并提前12到24小时对强对流天气进行区分预报（即预报出其属于强对流天气中的哪一种）；运用多普勒雷达以及双偏振雷达进行算法改进；通过数值模式以及大型外场试验，深入了解强对流天气产生的机理，及其发生和发展规律等。