美國極端天氣事件的預測和管理

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國家海洋環境預報中心，北京 100081）

美國極端天氣事件的預測和管理

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國家海洋環境預報中心，北京 100081）

2011年美國共發生12起經濟損失達10億美元以上的極端天氣事件，該數字超過了2008年的9起，為有記錄以來極端事件最多的一年。總損失超過520億美元，全年共有1000余人死于極端天氣事件。，而極端事件的人員傷亡歷史平均數為600人，由于極端天氣事件對美國國家和民眾造成了極大威脅，美國國家海洋大氣管理局（NOAA）認為極端事件是對美國整個國家前所未有的挑戰，及時、準確的警報和預報至關重要。過去20年里，美國極端事件發生的頻率在穩步上升，氣象和水文的事件數量增至過去3倍。

IPCC發布的《極端事件和災害風險報告》指出：幾乎可以肯定21世紀全球范圍內每日最高氣溫上升和最低氣溫下降的趨勢不可避免；熱浪、海平面上升發生可能性增大，熱帶氣旋最大風速和暴雨頻率都可能增大；而且極端天氣事件的影響范圍將從局地擴大到地區級。

面對嚴峻的挑戰，NOAA致力于發展包括資料、信息、分析、模型和評估在內的環境保障能力，NOAA過去做了以下幾個方面的工作：

（1）發展從天氣尺度到氣候尺度的環境保障能力

NOAA目前可提供從分鐘級到年代級的天氣和氣候產品及服務。未來重點發展三大類服務：臨近預報、極端事件過程追蹤和氣候預測。

（2）發展綜合觀測

目前的觀測系統包括衛星、地面監測、飛機、船、浮標、氣象站、氣象塔、探空氣球、水下滑行器等。現有的觀測系統主要是進行天氣尺度上的觀測，氣候觀測要求的長期穩定性和精確性還不能滿足；在極端事件中，特別在颶風降水、龍卷風、強雷暴和冰雹一些小尺度事件中，很難獲得持續和穩定的觀測。

NOAA需要發展用于監測極端事件的新型低成本高效率觀測技術。在改進綜合觀測系統的過程中，NOAA仍將開展一系列的觀測系統模擬實驗（Observing System Simulation Experiments,OSSEs），通過模型實驗來評估觀測密度或者布局的改變給預報精度帶來的影響，進而確定采取何種觀測手段和布局。

（3）有針對性地降低觀測的系統誤差和統計誤差

利用多套相互獨立的數據集，采取關鍵氣候變量（Essential Climate Varibles,ECV）技術，制作氣候指標變量，每個指標變量都綜合了多個獨立的資料序列。使用這些復合的資料可以將觀測資料的誤差降到最低，保證資料的可信性。

（4）制定合適的美國氣候極端指標

NOAA推出一系列氣候極端指標，通過將極端事件影響范圍占全國范圍的百分比、極端事件影響時間占全年的比重、極端事件年平均值和歷史平均值制作成圖標形式，涵蓋熱浪、寒潮、降雨、干旱、登陸颶風等極端事件。氣候極端指標圖將幫助公眾、商業、政府決策者應對極端天氣事件。

（5）解析氣候變化規律：為何1970年以來極端天氣事件增多？以三個氣候極端指標為例。1970年以來全國大部分地區最高氣溫更高了，小部分地區最低氣溫更低了，變暖趨勢較明顯。土壤水指標顯示過去10年美國部分地區干旱，同時部分地區濕潤，這是歷史上從未出現過的現象。單日降雨量超出正常的天數也增加了。

（6）發展綜合模型

由于在時間尺度和空間尺度上，極端事件是表現為多尺度上的，數值模擬應當能夠適應不同的時間和空間尺度。目前的全球氣候模型還無法滿足決策者的需求，區域高分辨率模型不但網格更密，并且利用統計技術使得預報準確率更高，以滿足不同用戶的需要。比如農業部門和水利部門需要季節尺度的產品，基礎設施建設需要年代尺度的信息，保險業需要10-30年的氣候預報產品。

（7）極端天氣事件偵測和歸因

NOAA有一系列的團隊在進行極端天氣事件偵測和歸因的研究工作，已取得一定成果。針對不同種類的極端天氣事件，NOAA的偵測和歸因能力不同。由于具備足夠的資料，對熱浪及其變化的成因分析就相對較好，而在冰風暴方面，缺乏資料使成因分析相對較差。

（8）輔助決策工具的開發和應用

長期氣候預報能夠幫助公眾、商業部門為將來可能的極端天氣事件做好準備。通過開發和應用輔助決策工具，已經幫助美國減輕了洪水和干旱造成的損失，未來社會各界特別是商業部門對氣候變化預測工具的需求將會不斷增多。

（9）數字海岸（DIGITAL COAST）

NOAA推出了另一個重要的輔助決策工具—數字海岸。主要提供海平面上升的相關資料，用戶可以看到海平面上升帶來的物理、生物和社會經濟影響，為社區和海岸管理者提供幫助。

（10）未來的道路

由于可以預見到全球變暖將加劇、水循環將擴大，美國對環境保障能力的需求將持續提高，對NOAA提出的要求表現在兩個方面：一、用戶人數不斷增多，將產生新的市場，而這些市場由一些商業化運作的公司來開發，而NOAA需要向這些公司提供數據；二、觀測數據不斷增多，資料同化能力到輔助決策能力都需要一系列技術革新以適應社會需求的不斷提高。