3月28日至31日，江南、华南地区先后经历了今年首场大范围强对流天气过程。从3月26日开始，中央气象台便捕捉到了此次强对流过程即将出现的征兆，并在3月28日到31日连续发布强对流天气预警。

  由于具有突发性、局地性等特点，强对流天气预报被称为“世界性难题”。记者近日采访了强天气预报中心主任毛冬艳，了解近年来我国在强对流天气预报技术上的“突破”。

  “最原始的强对流预报图就是一个个大圆圈。”毛冬艳比划着说，这个大圆圈只能展示强对流天气的大体落区。在这个圆圈中，强对流家族成员“挤”在一起，模糊了彼此的身份。现如今，强对流天气成员，如短时强降水、雷雨大风和冰雹已经在预报图上拥有了各自明确的“身份”和“属地”。毛冬艳说：“从笼统的强对流落区预报到现今的分类精细化预报是强对流天气预报的最大进展”。

  对不同类型强对流天气的精细预报，有利于不同行业的人员以及公众进行有针对性的防范，更大限度地避免损失。

  能做到这一点，主要归功于基于强对流天气发生发展物理条件的定量化分析技术。通过分析，预报员建立了有利于不同类型强对流天气发生发展的物理条件及其阈值区间，在实际业务中，结合数值预报产品，有助于预报员判断其环境条件有利于哪种类型的强对流天气发生。

  “水汽、抬升、稳定度等条件可以看作不同的‘配料’，这些配料以不同的方式组合便会产生不同类型的强对流天气。”毛冬艳说。对近十年的历史资料分析发现，当具备强对流天气发生发展的基本物理条件时，如若大气整层湿度都比较高，则更有利于短时强降水的发生。如果在中层（5000米左右）存在一个干冷层，同时低层具有较好的暖湿条件，表明不稳定能量比较高，容易出现对流行大风。冰雹一般“藏身”于雷暴云之中，温度层结决定了雷暴云中是否会有固态粒子，此时，预报员便会重点关注大气温度的垂直分布，如0℃层以及-20℃层的高度，从而侦查出雷暴云中是否“窝藏”了冰雹。

  正是对不同物理条件的定量化分析，借给预报员一双“慧眼”，帮助他们识别出各种强对流天气的“真实面目”。

  “强对流预报是一块难啃的骨头。”毛冬艳如是说。与冬季寒潮这种可以自北向南横扫数千公里的大尺度系统不同，强对流天气“身材娇小”，水平尺度一般小于200公里，有的仅有几公里。由于中尺度天气系统有局地性强、空间范围小、持续时间短等特点，预报员对中小尺度对流性天气的认识还有很多空白，特别是对其内部结构和发生发展的物理机制的认识还有待提高，这些都给预报带来了较大的困难。

  中央气象台尽管已经研发了对不同类型强对流天气的客观预报技术，但还只是刚刚起步，需要进一步深入发展。一个对强对流天气的科学合理的检验标准也亟待建立。因为只有在实践过程中，科学衡量自身的预报水平，发现问题和不足，才能逐步提高强对流预报水平。

  面向未来：发展核心技术是关键

  “根据业务发展的需求，发展核心技术是至关重要的。”

  那么，哪些才是中央气象台未来需要发展的核心技术呢？

  毛冬艳介绍说，这其中包括基于多源观测资料的融合技术、建立强对流天气的中尺度物理模型、融合外推算法与数值预报产品的短时预报技术、对数值模式的解释应用以及集合预报技术在强对流天气中的应用等。

  除了雷达、卫星等，与强对流预报相关的非常规观测资料，包括风廓线观测资料、微波辐射计观测资料等也日益丰富，预报员在短时间内难以查看所有资料并寻找其中有用的信息。因此，未来将开发基于多种资料的“多源资料融合技术”，将不同观测资料同化成三维、立体的天气模型，将碎片化信息整合到一起，使得预报员在短时间内掌握有用的信息。

  继续发展不同类型强对流天气的中尺度物理模型也是未来技术发展的重要组成。在以往建立以天气尺度的系统配置为主的天气概念模型的基础上，进一步建立基于卫星、雷达、自动站等高分辨资料、反映中尺度天气系统特征的中尺度物理模型，如其在雷达和卫星上呈现出的特点、垂直结构如何，地面上中尺度系统的演变如何等，使预报员能够从高分辨率资料中分析出中尺度系统的发生发展，有助于做好短时临近时效内的强对流天气预报预警。

  优化对于短时临近预报的算法也是做好预警的关键所在。一般来说，对于两小时之内的预报以外推算法为主，即根据过去的实况推算出系统未来的移动方向和速度。然而中尺度系统瞬息万变，两小时以后便可能已经发生巨大的变化，因此需要运用数值预报对其进行补充，如何将外推算法和数值模式预报进行有效结合，也是未来亟需解决的关键技术之一。

  强天气预报中心也在探索使用集合预报方法进行强对流天气预报。集合预报将不同预报中心制作出的预报产品集中在一起呈现，因此也被形象地称为“邮票图”。相对于确定性预报来说，集合预报能够为预报员提供更多的可能性，对于强对流天气预报尤为重要。近两年，强天气中心已经开发了针对强对流天气的集合预报产品，并在业务中进行了初步的应用。但如何有效地挖掘集合预报所蕴含的大量信息，更好地在业务中应用集合预报产品，并以集合预报为基础研发客观概率预报方法，将是未来研发的重点。

  “未来，我们将紧密联合科研院所以及各大专院校的力量一起攻克难关，啃下这块硬骨头。”毛冬艳表示。

  图为2014年雷雨大风概率预报。

  上海市气象局：突破关键技术提升精准度与时效

  因其“来去匆匆、身材娇小”等特性，强对流天气堪称最难预报的天气类型之一。近年来，上海市气象局科研团队立足强对流天气预报研究前沿，突破了快速更新同化预报技术（RUC）、强对流天气预报检验新方法等关键技术。

  高频次资料同化：更全面地“刻画”特征

  与传统的雷达回波与卫星图像外推方法只能在1小时内有效相比，数值预报能显著提高强对流预报的时效性。然而传统数值预报每6小时更新一次模式初值显然不适合于尺度小、生命史短的强对流系统预报。因此，进行高频次的资料同化以便使模式初始场包含更丰富的对流系统信息，是提高短时临近数值预报准确率的关键。近年来，上海市气象局科研团队致力于短时临近数值预报技术的研发，尤其在快速更新同化预报技术研发方面取得了明显进展。

  据中国气象局上海台风研究所副所长王晓峰介绍，为有效提高上海强对流的预警时效和准确率，科研团队采用热启动技术，构建了基于ADAS资料同化系统和区域中尺度数值模式WRF的快速同化预报系统。系统采用逐小时循环同化的方式对雷达、飞机报、自动站等多种加密观测资料进行同化，更客观全面地“刻画”出强对流天气系统的特征，明显优化了数值预报模式的初始场，从而更有效地为中小尺度天气系统短临预报提供1小时到12小时内的高时空分辨率的分析及诊断产品。

  新检验方法：深度挖掘预报的“潜在价值”

  强对流天气预报检验新方法是科研团队的又一研发重点。上海中心气象台首席预报员戴建华介绍，对强对流天气预报的检验非常重要。通过检验评估，预报员可发现预报技术中的问题并促进其改进和完善。此外，对强对流天气的检验可以给出预报的可适用性和不确定性，作为用户的参考，从而提高强对流天气业务预报能力和服务效益。传统的检验方法往往只给出简单的对错评价，如一旦落区偏差较大，即使对强对流系统的强度、大小、形态预报都比较接近实况，评分依然可能很低，然而事实上这些被掩盖了的信息恰恰对提高强对流预报能力十分有价值。

  为了弥补常规检验方法的不足，科研团队针对强对流天气的特点、短临预报业务需求，采用对比预报与实际的强对流天气目标之强度、面积、空间距离、形态和相似度等评价指标，研发了目标对象法和尺度模糊法等强对流预报的最新检验方法。其中，目标对象法主要关注对流系统本身的预报准确性，尺度模糊法则将强对流预报置于多个不同的空间尺度进行检验，同时配以相应的预报检验指标调整与合成方法，制定基于用户需求和使用倾向的强对流短临检验指标和标准，开发了适合我国强对流预报预警发展的强对流短临预报新型检验业务产品，实现了对强对流短临预报的综合检验和评价。该成果目前正在向中国气象局短临预报业务系统SWAN中移植。

  更多新技术纷纷“助阵”

  尽管上海市局在强对流天气预报方面开展了大量有针对性的技术研发，预报水平较以前有不少提高，但依然面临不少难题。戴建华表示，研究发现，强对流天气受下垫面影响非常大，城市热岛效应、海陆风、湖陆风等对上海局地强对流的发生、发展都有着重要影响。目前，我们对强对流天气系统的发展、演变规律的认识依然不足，尤其是强对流天气发生的落区、时段及其发展演变的预报方法比较欠缺。下一步，上海市气象局将进一步加强对强对流天气预报新技术的研究，如新一代的混合同化技术在快速更新同化系统中的可行性研究、基于集合预报的短历时强降水概率预报技术开发应用等，进一步提升强对流天气预报能力。

  贵州省气象局：“专属定制”强冰雹预报预警应用

  4月5日8时至6日8时，贵州出现今年最大范围雷雨天气，全省共有85县1393乡镇降雨。

  早在4月4日，贵州省气象局即作出准确预报，并制作重要信息专报：4月5日至6日，贵州省将出现大范围雷雨天气。与此同时，六盘水市、黔西南州气象部门及时开展防雹作业，作业区雹灾明显减轻——仅在西南部局地出现小冰雹。

  这一切，与“春季强冰雹天气预报预警应用技术”研究成果向业务应用的转化密不可分。

  贵州地处典型的亚热带季风气候区，由于西太平洋、印度洋和南海上空的暖湿气流带来充沛的水汽以及高原东侧特殊的地理地貌，贵州气象灾害多发、频发。近年来，多次出现的冰雹、雷电、暴雨等强对流天气给贵州工农业生产和人民生命财产带来严重的损失。

  2007年，贵州省气象局申报“贵州省突发性气象灾害监测预警关键技术与应急服务体系研究”重大科技项目，从突发性气象灾害预报预警技术、应急服务指挥平台和应急服务系统建立开展强对流天气研究。

  作为突发性气象灾害的重要部分，贵州夏半年的冰雹、短时强降水、雷雨大风等强对流天气成为该项目研究的重点。

  “基于对天气雷达体扫基数据进行风暴的识别、追踪和预警技术方法研究，采用目前国际上先进的序贯蒙特卡洛方法，利用强对流天气发生发展的历史数据通过线性拟合对风暴进行外推临近预报并提供未来15分钟、30分钟和60分钟风暴移向的外推预警产品。风暴追踪系统实现了对风暴的自动监测和识别、提供了风暴顶高、风暴路径、降水估计等多种客观分析产品。”贵州省气象局首席预报员、国家强对流天气专家库成员万雪丽介绍，该项目的创新点就在于找到雷电、大风、冰雹、短时强降水等强对流天气的一般规律。以冰雹为例，在贵州，一般情况下，45dBz回波高度超过0℃层高度就可判断即将出现冰雹，这时就可以发布预警信息；而当45dBz以上回波超过-20℃层高度时出现大冰雹的可能性就比较大。找到这些规律，在其还未发展起来前气象部门提前预知，为相关部门和人员采取防御措施赢得宝贵时间。

  该项目成效显著，基于每6分钟一次天气雷达体扫基数据的风暴追踪系统，提供了对突发性天气的滚动监测。其风暴识别和预警、降雹概率、降水估计等产品为预报员提供了科学、客观的预报依据，在2013年主汛期强降水、冰雹等天气短临预警工作中，预报预警时效性显著提高。

  万雪丽坦言，强对流天气属于中小尺度天气系统，空间尺度小，其生命史短暂并带有明显的突发性，预警工作难度很大，现有的降雹概率预报空报率仍然较高，短时强降水估测准确率不高。

  鉴于贵州“十里不同天”的天气特点，下一步，省气象局将在已建成的7部新一代多普勒天气雷达、3000多个区域自动自动观测站、18部闪电定位仪为主的中小尺度监测网的基础上，增加监测密度，提高监测能力，开展误差因子研究，制订强对流天气识别指标和强化联防联动，进一步加深对强对流天气精细化预报的研究工作。