每经记者｜丁舟洋 王紫薇 每经编辑｜段炼 陈俊杰
酷暑难熬，高温热浪与极端暴雨频发。北京遭遇持续 147 小时的降雨，台风 " 竹节草 " 给江浙带来强降雨，川渝地区持续 " 桑拿天 " ⋯⋯
图片来源：视觉中国
8 月 2 日，江苏等地仍有强降雨，北方降雨也逐渐增多。中央气象台预计，明起苏皖一带的降雨会明显减弱；多地未来三天降雨较为频繁。
中央气象台 2 日 10 时发布暴雨蓝色预警，预计 2 日 14 时至 3 日 14 时，内蒙古中东部、黑龙江中西部、吉林中西部、辽宁、河北中北部、北京东北部和西南部、天津中北部、山西北部、江苏南部、上海中西部、浙江北部和东南部、安徽东南部、福建东部、广西东部、广东、云南西部、台湾岛、西藏东南部等地部分地区有大到暴雨。其中，内蒙古东北部、黑龙江西部和南部、吉林北部、河北北部、福建东南部、广西东部、广东中北部和东南部沿海、台湾岛西部等地部分地区有大暴雨。
中央气象台 2 日 10 时继续发布强对流天气蓝色预警，预计 2 日 14 时至 3 日 14 时，内蒙古东部、东北地区中西部、华北北部、江淮东部、华南东部等地的部分地区将有 8 级以上雷暴大风或冰雹天气，其中，内蒙古东南部、黑龙江南部、吉林中西部等地的部分地区将有 10 级以上雷暴大风，最大风力可达 11 级以上，局地不排除出现龙卷的可能性。西北地区中部和东北部、内蒙古中东部、东北地区、华北中北部、江淮东部、江南东部、西南地区南部、华南等地的部分地区将有小时雨量大于 20 毫米的短时强降水天气。其中，内蒙古东南部、吉林西部、河北中部、北京东部、天津北部、江苏东部、广西东部、广东中部等地的部分地区小时雨量大于 50 毫米，最大可达 70 毫米以上。
一个事实是，随着全球气候变暖，我们还将面临更频发、广发、强发、并发的极端天气事件。以极端降雨为例，其精准预报难度在哪？如果无法苛求极为精准的预报，预警链怎样有效运转才能将灾害损失降到最低？
带着这些问题，《每日经济新闻》记者（以下简称 NBD）专访了北京大学物理学院大气与海洋科学系教授张庆红。她专攻中尺度气象学方向以及与其相联系的严重灾害性天气研究，同时担任联合国世界气象组织 High Impact Weather Project（高影响天气项目）国际协调办公室主任，致力于推进冰雹、暴雨等高影响天气的研究、国际合作及公民科学。
大气的不稳定性越强
大气的可预报性就越低
147 小时，集中在京郊，这是北京有气象记录以来持续时间最长的暴雨过程。虽然前期降雨量比较温和，但已把山区的泥土泡软了，夜间一个局地强降雨，就易引发突发性山洪灾害。
NBD：极端降水的精准预报目前真的很难做到吗？
张庆红：造成这次夜间强降雨的天气系统，是密云地区一个突发的中尺度对流系统（空间尺度 50 公里左右），其生成后移动慢，就造成了局地持续性强降水。像这种空间尺度较小的突发性对流系统，可预报性较低。相比之下，像台风这样空间尺度较大，生命史较长的非突发性天气系统，很早就可以用卫星等观测工具捕捉到它的出现与移动。
举例而言，我们此前研究过 2021 年郑州 "7 20" 特大暴雨，得出的最重要结论是：这场暴雨如果再发生一次，以目前的科学发展水平，我们仍很难预测到 " 具体哪个小时将在郑州降下 201.9 毫米的雨水 "，也就是对极端短时强降水很难做定时、定点和定量的预报。
今年 5 月到 7 月，我参加了一个美国的大型冰雹观测计划。观测计划由全球 100 多位研究人员组成，投入上千万美金，配备了 4 部移动雷达车等现代化观测设备。我们两个月时间，每天早上做预报，预测在哪个地点、大概什么时间段会出现冰雹天气，然后根据预报结果追雹。结果是，一共预报了 24 个冰雹日，大概 5~7 次地面没有发现冰雹。这已是目前世界高水平的预报，仍然存在不确定性。
NBD：精准预报极端降雨面临的主要挑战是什么？
张庆红：极端降水的可预报性受限于目前的观测系统、天气预测模型，以及天气系统本身的动力过程等。观测系统的误差来自观测设备本身，还有观测系统空间分布引起的可代表性误差。即使观测系统和天气预报模型是完美的，极端降水的可预报性仍然受其本身的非线性等动力过程约束。
总体而言，极端降水的可预报性在气候变暖的背景下面临更大的挑战。大气温度升高，可以容纳水汽的能力也随之增加。可以这么理解：大气中贮存的 " 能量 " 更高了，这个能量一旦被释放，它就可能产生更强的降雨。大气的不稳定性越强，大气的可预报性就可能越低。
NBD：北方地区夏季暴雨主要受什么影响？
张庆红：大气环流是影响地球降水空间分布和强度的核心因素之一。2022 年 7 月 20 日，河南暴雨之后，我和我的学生把 1979 年— 2021 年发生在华北平原所有的大气环流型做了一个统计和分类，归纳出图中这 9 个类型。
各环流型下极端降水（EP）事件频率。其中 X 代表至少发生过一次特大暴雨（日降水量超过 250mm）的站点。颜色代表 EP 事件频率，浅灰色阴影表示海拔高于 500m 但低于 1500m, 深灰色阴影表示海拔超过 1500m。
郑州暴雨属于 T8 型，这次北京极端降水事件的大气环流也属于这一类。历史上这种环流型在北京地区产生过极端降水，不同的彩色代表不同的频率，X 代表 "24 小时降水量超过了 250 毫米 "（特大暴雨标准）。可以看到，（1979 年— 2021 年）北京地区极端强降雨已出现 5 次以上，红色代表出现了 5~6 次，紫色代表出现次数大于等于 7 次。
NBD：可不可以这么理解，T8 天气环流型一般夏季就会出现在华北？
张庆红：只能说，夏季出现的可能性大，从 1979 到 2021 年这 43 个夏季中，T8 出现了 316 天，其中有 43 天发生了极端降水事件，而且 43 天中 40% 是连续出现的，产生洪涝灾害的概率高于其他环流型。此外 , T8 型下，极端降水事件分布在沿着山脉的平原地区 , 尤其是拥有众多人口的河南、河北和北京所在的喇叭口三角地形区 , 容易造成较大的社会影响。
这与副热带高压的夏季北移有关。副热带高压偏北时，华北地区较强的气压梯度力，驱动西南风或者是东南风，把更多的水汽带来。你可以想象这是一条大气的河流，它不停地把水汽往这里搬运。北京就是这个碗底，京郊的山就是碗的边缘——大量的水汽在这个地形附近抬升，这里就会不停地下雨。此轮北京暴雨已经过去，但仍处于 " 七下八上 "（7 月下旬，8 月上旬会出现暴雨天气）的北方汛期，所以仍需防范后续暴雨的可能性。
NBD：还有哪些极端天气在预报上有难度？
张庆红：雷暴、冰雹、龙卷风等极端天气因其空间尺度小和突发性，均很难预报。世界气象组织把野火也归为极端灾害天气，起火原因多样，目前也很难预报。
热带变宽
整个热带的北界和南界都扩展了
2024 年 7 月 23 日，欧盟气候监测机构发布报告称，全球在 7 月 21 日经历了有记录以来最热的一天。标志着全球变暖趋势已迈过了又一个令人警醒的里程碑。
NBD：全球更高频的极端天气与全球变暖有关系吗？
张庆红：全球变暖让极端天气事件的频率增加、强度增强，这件事是肯定的。但具体到某一次极端天气上来，比如这次北京极端降水是不是全球变暖引发的？那还有争议。
现阶段我们发现，全球变暖已经导致局地大气环流发生了变化。比如，美国西雅图以往每年冬天几乎一直下雨，但去年冬天的西雅图明显雨水减少。与此同时，原本冬季天气还可以的温哥华，去年冬天却几乎天天下雨。所以有人就怀疑冬季的雨带是不是往北移了？
NBD：副热带高压的北移是真的吗？进而会带来北半球雨带的北移？
张庆红：今年夏季副热带高压的确较往年同期偏北。一些科学家提出，副热带高压平均位置可能已经发生北移。
全球气候变暖指的是全球平均温度升高，但不意味着全球每个地方的气温都升高了，也许个别地方平均温度还降低了。局地热量收支的变化可能就导致了大气环流的变化，这一改变已带来目前大家公认的一个事实——热带明显变宽了，整个热带的北界和南界都扩展了。
如果全球持续变暖，大气中的不稳定能量会越来越强。那么一旦触发，就很可能造成更强的极端降水，包括龙卷风、冰雹等极端天气。
前年欧洲地中海地区发生了一次超大冰雹。在这场冰雹发生前期，当地经历了持续一个月的高温热浪，高温热浪刚刚结束之际，意大利下了非常大的冰雹。
极端天气预警
不再只是大气科学的问题
在张庆红看来，大气科学是与民生非常贴合的领域，公众非常有必要参与到大气科学研究的科学项目中。她的课题组曾面向公众发起 " 冰雹换玛瑙 " 的活动，收集大家捡到的冰雹。
NBD：当气候变暖让极端天气更高频，全社会应如何应对？
张庆红：这是个很复杂但也很重要的问题。其实早在几年前，世界气象组织就提出 " 全民早期预警 " 倡议（Early Warning for All），目的就是在全球变暖背景下，更好地保护地球上的每一位公民，特别是发展中国家和欠发达地区人民的人身安全，免受极端天气事件的威胁。
这对全球各国来说都是很大的挑战。下面这张图比较形象地展示了从上游观测到天气预报、灾害预报、影响预报以及预警的各个环节，在这个链条里，当预警信息从观测到预报逐层往下发放，链条中所有信息都要完整、正确并及时传递至下一环节。
链条的六个环节中间隔着五道壕沟，都需要用一座座 " 桥 " 来将它们搭建起来。任何一座 " 桥 " 出现一点问题，就可能导致满盘皆输。所以我们提出一个概念：预警链的有效运转需要全社会协同合作，政府、科研机构、媒体、公众，缺一不可。
NBD：所以极端天气预警不再只是大气科学的问题？
张庆红：对，它是跨学科、跨部门的系统工程。比如你们作为媒体，通过传播科学知识、解读风险信息，也是这个链条中的一环。
比如最后一个环节，涉及心理学范畴。我们所有的预警里，有时候会出现空报的情况。就像 " 狼来了 " 一样，一旦出现空报，公众就会降低对下一次预警的信任，所以我说这是一个综合的学科。
NBD：我们的城市是不是也需要建立相应的机制，去适应这种极端天气？
张庆红：我了解到的情况是，我们的城市建设，比如说它的排水能力，几乎都是按照历史数据，比如过去几十年最大降雨量，这样的数值做参考而设计的。如果极端降水强度增加，那这个标准就不够匹配，就可能造成城市内涝多发。如果建设未来的新城市，那我们需要把全球持续变暖的因素考虑进来，更新建设理念。
但对于已经建成的城市，硬件方面短时间很难改善，我个人认为要用后天补救的方法，" 软件建设 " 非常必要且重要。也就是让预警链条更有效地运转，比如特大暴雨预警时，转移预案的敏捷启动。
NBD：公众在预警链条中可以起到怎样的作用？您之前发动公众参与收集冰雹，这对极端天气预警的研究有什么帮助？
张庆红：公众在预警链条的所有环节都可以扮演重要的角色，他们可以提供最新的大气观测和灾情实况，帮助政府决策者在灾害发生时以及灾后救援作出正确决策，以及各种预报模型的验证。
冰雹这种极端天气对我们的生活有很大的影响，属于 " 高影响天气 "。今年北京 5 月 13 日那次冰雹，新闻报道第二天北京车险理赔排队要五六个小时。冰雹除了破坏农业作物，对清洁能源设施的影响也很大，光伏面板在冰雹发生时会受损。但是目前我们对冰雹大小的预报能力还有限，这是因为缺乏对冰雹增长精细物理过程的了解。
世界上没有完全相同的冰雹，冰雹中凝结着丰富的气象信息 （受访者供图）
冰雹发生的时候，我们没办法飞到云里，去观测它形成的物理过程。但冰雹形成过程中会经历不同的大气层结：冰雹形成起初于一个小的雹胚；经过在云中和过冷水滴碰并增长，慢慢变大⋯⋯所以每一颗冰雹都 " 冻结 " 了很多大气的信息。我们拿到冰雹以后，把它一层一层剥开，分析每一层冰的化学物理特征，就可以反演它所经历的不同层结的环境特征。这有助于未来我们更精准做冰雹大小的预报。
记者|丁舟洋 王紫薇
编辑 | 段炼 陈俊杰 盖源源
校对 | 赵庆
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