暴雨預警為什么難

李晴嵐

近日，臺風“海葵”對中國東南多地造成嚴重災情，導致福建、廣東、香港等地出現破紀錄暴雨。香港天文臺在9月7日晚11時至8日凌晨1小時，錄得158.1毫米雨量，創下自1884年以來的最高紀錄。深圳也創下了多個氣象紀錄，包括2、3、6、12、24、48、72小時最大滑動雨量，使得這次暴雨毫無爭議地成為深圳有氣象紀錄以來最強暴雨過程。

然而，對此次強暴雨過程，深圳、香港兩地的氣象部門都沒有及早向民眾發出預報預警。這引發了一些疑問：在現代科技水平下，我們可以預測臺風和天氣，但似乎在預測臺風降雨強度方面存在一定的不確定性。那么，為什么預測降雨強度如此困難？不確定性從何而來？

臺風暴雨受多種因素的影響，是一個多個尺度天氣系統相互作用的復雜過程。陳聯壽和許映龍2017年指出，臺風特大暴雨并不完全依賴于臺風強度或內核對流強度，還和不同尺度環流系統與臺風的相互作用、下墊面對臺風環流的作用及臺風上層云微物理過程有關。

首先，臺風結構、路徑、強度、移速、維持時間、尺寸，是影響臺風降水分布的重要條件。傳統研究認為，臺風降雨的強度和分布主要受臺風路徑和強度的影響。一般相同背景下，臺風強度越強，降水會越大。但受其他因素影響，有時強度低的臺風引發的暴雨會比強度高的臺風帶來的降雨大。臺風的路徑一般決定了哪些地區將受到最大影響。伍榮生院士的研究指出，幾乎每個臺風都存在非對稱結構，最主要表現形式為傳播的螺旋雨帶以及β效應中的通風流，螺旋雨帶的非對稱結構對臺風強度具有重要影響。另外，研究表明在臺風登陸過程中，其軸對稱降水強度迅速減弱，該過程與臺風強度密切相關，且平均而言臺風強度越強，臺風降水率、降水面積及總降水也越高，但極端降水特征與臺風強度之間無確切關系。

其次，臺風的移速越慢，它在上空逗留和維持低值系統影響的時間越長，造成的降水時間也越長，可能造成的降雨會越大。臺風的尺寸大小也會影響臺風降水的強度和分布，研究表明，臺風的尺寸大小與臺風降水指標之間有較好的相關性。

除了臺風自身的因素外，大氣環境背景、地形以及下墊面類型，同樣對臺風降水有重要影響。

低空急流等天氣系統與臺風耦合，有利于臺風降水的發生。當環境場比較干燥時，登陸臺風的影響范圍比較小而且會迅速減弱；當環境場比較濕潤時，臺風能以較強的強度登陸并影響較大的范圍。臺風與西風槽相互作用，可導致臺風遠距離暴雨的發生；臺風低壓環流往往在低空形成一條寬廣的偏東南風急流帶，并成為暴雨區的主要水汽通道和能量通道。臺風登陸前后，是下墊面環境改變最為劇烈的時刻，也是臺風結構變化最為劇烈的階段，結構突變會引起強度、路徑和風雨的突變。最后，非均勻下墊面和地形的存在，使得登陸臺風的降水呈現出明顯非對稱結構和局地化分布特征，對臺風暴雨的增幅和特大暴雨的出現有重要影響。

總而言之，影響臺風降雨的因素復雜多樣。目前，臺風暴雨的預報主要依賴于數值模式和動力—統計相結合的方法。然而，數值模式存在參數化和分辨率等局限性，其中的積云對流和云微物理參數化方案，難以精確模擬復雜的氣象過程。而基于歷史相似性的動力—統計方法，實際預報中存在很大的不確定性。因此，無論國際還是國內，對臺風降水尤其是極端降水的預報能力仍在不斷改進的過程中，臺風降水預測仍然是一個具有挑戰性的問題。