粵港澳大灣區(qū)：或?qū)⒊蔀闃O端天氣氣候研究
——第一屆粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)學(xué)術(shù)會(huì)評(píng)介關(guān)注的“特區(qū)”

■ 賈朋群 曾智琳 周莘睿

翻開氣象和大氣科學(xué)發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)一些科學(xué)突破往往圍繞某一重要的天氣氣候現(xiàn)象，學(xué)術(shù)界通過研究立項(xiàng)、開展外場(chǎng)試驗(yàn)等方式，展開集中攻關(guān)并因此提出新理論、新觀點(diǎn)或新方法，甚至取得實(shí)質(zhì)性的突破的例子。在強(qiáng)對(duì)流天氣領(lǐng)域，1970年實(shí)施的GATE試驗(yàn)揭開了中尺度對(duì)流系統(tǒng)的面紗；在氣候預(yù)測(cè)領(lǐng)域，1982/1983年強(qiáng)厄爾尼諾事件讓TOGA試驗(yàn)于1985—1994年持續(xù)了10年，極大推進(jìn)了對(duì)ENSO循環(huán)基本特征的認(rèn)識(shí)。

“灣”是指三面陸地一面向水的特別區(qū)域，而當(dāng)“向水”為“向?！睍r(shí)，海灣地區(qū)就有了“連接內(nèi)陸，通達(dá)海外”的特征，世界上四大灣區(qū)（除本文討論的灣區(qū)，還有紐約灣、舊金山灣和東京灣）無一不是人類發(fā)展充分利用海灣地區(qū)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，獲得高速發(fā)展的案例。但是，灣區(qū)也往往是天氣氣候?yàn)?zāi)害多發(fā)區(qū)和脆弱區(qū)，2020年11月27—29日，在廣東汕頭召開的第一屆粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)學(xué)術(shù)會(huì)瞄準(zhǔn)了“粵港澳大灣區(qū)”這一嶄新的中國(guó)戰(zhàn)略區(qū)域，針對(duì)性地探討灣區(qū)的氣象風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對(duì)。來自高校、科研院所及氣象相關(guān)業(yè)務(wù)部門的近百名學(xué)者，圍繞大灣區(qū)極端天氣氣候事件及其災(zāi)害鏈的問題展開了富具針對(duì)性的研討。

（1）構(gòu)建大灣區(qū)精細(xì)化再分析數(shù)據(jù)集：將極端天氣事件串聯(lián)為趨勢(shì)并與氣候變化聯(lián)系起來

長(zhǎng)時(shí)間序列、高分辨率的區(qū)域再分析數(shù)據(jù)是深入理解區(qū)域氣候變化成因與演變規(guī)律的重要基礎(chǔ)，近年來再分析技術(shù)的迅速發(fā)展，為區(qū)域再分析數(shù)據(jù)集的構(gòu)建提供了核心技術(shù)的支撐。粵港澳大灣區(qū)作為世界級(jí)城市群，不僅頻遭臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣侵襲，亦受到由這些極端天氣事件引發(fā)的諸如內(nèi)澇、滑坡與泥石流等一系列衍生災(zāi)害的威脅。深入認(rèn)識(shí)大灣區(qū)極端天氣事件的客觀演變規(guī)律、科學(xué)防控應(yīng)對(duì)它們所帶來的各類災(zāi)害，是大灣區(qū)未來發(fā)展建設(shè)中的重要戰(zhàn)略方向。

在全球氣候變暖的背景下，將區(qū)域內(nèi)一段相對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間范圍發(fā)生的極端天氣這種小概率事件串聯(lián)起來，進(jìn)而窺探其在氣候尺度的客觀規(guī)律，是科學(xué)解決并應(yīng)對(duì)極端天氣本身及其引發(fā)各種災(zāi)害的關(guān)鍵一招，而這需要一個(gè)不可或缺的重要基礎(chǔ)，即高時(shí)空分辨率的區(qū)域再分析數(shù)據(jù)。在會(huì)議上，項(xiàng)目首席科學(xué)家王東海教授介紹了具有針對(duì)性的大灣區(qū)再分析技術(shù)方案與框架，并提出了建立30年、水平分辨率為3千米、時(shí)間分辨率為1小時(shí)的再分析數(shù)據(jù)集的關(guān)鍵目標(biāo)，這一目標(biāo)既為未來研究本地極端天氣事件的長(zhǎng)期趨勢(shì)、致災(zāi)特征與機(jī)理提供科學(xué)的、必要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，亦為更具適用性、針對(duì)性的大灣區(qū)再分析技術(shù)的發(fā)展、區(qū)域數(shù)值模式的改進(jìn)提供了重要契機(jī)。

（2）在前沿技術(shù)領(lǐng)域中找尋更好的方法

會(huì)議內(nèi)容涉及了很多新技術(shù)。來自國(guó)家氣象信息中心的熊安元研究員在會(huì)上介紹了人工智能（AI）在氣象應(yīng)用方面的最新進(jìn)展，指出AI從氣象界較為熟悉的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，到目前深度學(xué)習(xí)方法的廣泛應(yīng)用，面臨可解釋性降低和預(yù)報(bào)產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)提高的重要挑戰(zhàn)。來自華南理工大學(xué)的陶乾副教授面對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，在闡述圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時(shí)，提出引入“遷移學(xué)習(xí)”的方法，瞄準(zhǔn)解決“大數(shù)據(jù)，小樣本”問題。該方法尤其適合面對(duì)大量天氣數(shù)據(jù)中，劇烈天氣的樣本偏少的情形。遷移學(xué)習(xí)凝聚面對(duì)的主要問題（如劇烈天氣），基于不多的樣本給出更可靠的信息，或許是解決可解釋性問題的途徑之一。

AI及大數(shù)據(jù)在氣象領(lǐng)域應(yīng)用所需的數(shù)據(jù)樣本離不開觀測(cè)，而天氣雷達(dá)的觀測(cè)是其中極為重要的部分。近年來，廣東已率先完成了全省12部S波段多普勒天氣雷達(dá)的雙偏振升級(jí)，并規(guī)劃布設(shè)40部相控陣?yán)走_(dá)組網(wǎng)試驗(yàn)，目前已建成22部，這將成為全球密度最大的相控陣?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)。來自廣州市氣象局的張羽高級(jí)工程師詳細(xì)介紹了相控陣天氣雷達(dá)在廣州及其附近地區(qū)組網(wǎng)情況，以及當(dāng)前大灣區(qū)強(qiáng)對(duì)流天氣的初步應(yīng)用。他指出了相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同觀測(cè)的優(yōu)勢(shì)，對(duì)相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行按需靈活調(diào)配，包括對(duì)多個(gè)雷達(dá)識(shí)別的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行計(jì)算、排序，即時(shí)調(diào)整體掃/扇掃模式與角度、起止方位角，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)對(duì)象的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與快速預(yù)警。最后，他特別強(qiáng)調(diào)了觀測(cè)試驗(yàn)、科學(xué)研究與業(yè)務(wù)應(yīng)用“三條腿”并行，充分發(fā)揮雙偏振－相控陣觀測(cè)的互補(bǔ)與協(xié)同功能，將是未來提升大灣區(qū)對(duì)中小尺度強(qiáng)對(duì)流天氣精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)與預(yù)警能力的關(guān)鍵。

（3）風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)測(cè)預(yù)警與管控策略“多管齊下”

實(shí)現(xiàn)對(duì)粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候?yàn)?zāi)害鏈的管控與應(yīng)對(duì)，涉及多領(lǐng)域、跨學(xué)科的交叉研究與應(yīng)用。氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警在這其中屬于“前端環(huán)節(jié)”，而“后端環(huán)節(jié)”需實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害鏈的管控與應(yīng)對(duì)，諸如相關(guān)技術(shù)規(guī)范的編制、政策措施的跨境合作與制定、災(zāi)害適應(yīng)與減緩措施的執(zhí)行等，既涉及不同政府部門職能的銜接、也涉及自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)的銜接，更涉及科學(xué)理論研究的成果轉(zhuǎn)化與落地應(yīng)用，這是極具挑戰(zhàn)性的。來自廣東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站的柯小兵研究員在會(huì)議上聚焦災(zāi)害鏈“后端環(huán)節(jié)”，指出廣東95%的地質(zhì)災(zāi)害與強(qiáng)降水事件密切相關(guān)，并具有突發(fā)、群發(fā)與頻發(fā)等特點(diǎn)。然而，針對(duì)群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害分析與預(yù)警，廣東省國(guó)土資源廳更多地是基于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)開展災(zāi)害預(yù)警，短臨時(shí)效性要求更高。例如，在研究邊坡穩(wěn)定性及滑動(dòng)過程物理力學(xué)機(jī)制的基礎(chǔ)上，建立各邊坡體的三維有限元模型，進(jìn)而揭示坡面尺度地質(zhì)災(zāi)害演進(jìn)過程中的物質(zhì)遷移與能量轉(zhuǎn)化機(jī)制，最終確定地質(zhì)災(zāi)害不同階段關(guān)鍵致災(zāi)因子與臨界轉(zhuǎn)化條件。在實(shí)際應(yīng)用過程中，結(jié)合監(jiān)測(cè)獲取的降水量與臨界轉(zhuǎn)化、致災(zāi)閾值條件做出及時(shí)預(yù)警響應(yīng)。

國(guó)家氣象中心許鳳雯高級(jí)工程師在會(huì)議上介紹了中央氣象臺(tái)近期研發(fā)的基于Logistic地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警模型，該模型是從歷史災(zāi)情信息與降水量因子建立邏輯回歸相關(guān)，擬合災(zāi)害點(diǎn)發(fā)災(zāi)概率，進(jìn)而完成地質(zhì)災(zāi)害精細(xì)化預(yù)警?？梢姡鲜鰞煞N針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)研發(fā)的思路是迥然不同的。氣象部門主要從預(yù)報(bào)角度出發(fā)，側(cè)重降水因子對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的“直接影響”，而國(guó)土自然資源廳在降雨因子與地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之間更多地考慮地質(zhì)條件與坡面尺度動(dòng)力過程。因此，跨領(lǐng)域、跨部門、跨學(xué)科協(xié)作研發(fā)將有助于充分認(rèn)識(shí)與理解災(zāi)害鏈演化及致災(zāi)過程，從而真正地從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)對(duì)災(zāi)害鏈的精細(xì)化預(yù)警。

（4）熱帶氣旋與海平面升高：未來灣區(qū)的最大風(fēng)險(xiǎn)

全球氣候變暖的背景下，極端天氣氣候事件越來越頻繁，各種氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)不斷加劇，這幾乎成為不爭(zhēng)的事實(shí)。2019年11月，中國(guó)社會(huì)科學(xué)院－中國(guó)氣象局氣候變化經(jīng)濟(jì)學(xué)模擬聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室與社會(huì)科學(xué)文獻(xiàn)出版社發(fā)布了《應(yīng)對(duì)氣候變化報(bào)告2019：防范氣候風(fēng)險(xiǎn)》，該報(bào)告基于大灣區(qū)近百年氣象觀測(cè)資料和區(qū)域氣候模式百年模擬結(jié)果，從多方面對(duì)大灣區(qū)的氣候變化及氣候風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析。結(jié)果表明，大灣區(qū)氣候總體呈暖濕化格局，氣溫上升、降水量增加、降水日數(shù)減少但暴雨日數(shù)增多。1961年以來，大灣區(qū)區(qū)域平均氣溫以0.21 ℃/10年的幅度升高，至2050年，年平均氣溫或升高近1.4 ℃。報(bào)告還特別強(qiáng)調(diào)了大灣區(qū)極端天氣氣候事件的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)將不斷增加，包括極端降水強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)、夏季高溫?zé)崂思觿?、登陸熱帶氣旋?qiáng)度增大、海平面繼續(xù)上升、大氣自凈能力略有下降等，粵港澳大灣區(qū)所處的珠江流域?qū)⒚媾R全年徑流增加、洪水強(qiáng)度增強(qiáng)和頻率增加等多種風(fēng)險(xiǎn)。挪威奧斯陸大學(xué)國(guó)際氣候及環(huán)境研究中心高級(jí)研究員Maria Sand博士最近表示，根據(jù)世界銀行2013年的一份報(bào)告顯示，至2050年，在世界主要沿海城市中，廣州將因社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境變化、海平面上升等因素受到最大的經(jīng)濟(jì)損失。換言之，由于溫室效應(yīng)、海平面上升等一系列全球環(huán)境與生態(tài)的改變，包括廣州在內(nèi)的粵港澳大灣區(qū)都可能面臨巨大的損失。

熱帶氣旋作為影響粵港澳大灣區(qū)最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣，一直以來其所受到的關(guān)注很矚目。國(guó)家氣象中心許映龍副總工程師介紹了當(dāng)前我國(guó)臺(tái)風(fēng)業(yè)務(wù)存在的主要困難，以及未來提升熱帶氣旋預(yù)報(bào)的關(guān)鍵技術(shù)，尤其指出近岸快速加強(qiáng)型熱帶氣旋對(duì)大灣區(qū)的威脅，例如2017年超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天鴿”在靠近大灣區(qū)過程中出現(xiàn)迅速加強(qiáng)的現(xiàn)象，雖然在登陸前一刻強(qiáng)度略減，但對(duì)大灣區(qū)造成極為嚴(yán)重的風(fēng)暴潮災(zāi)害，潮位超百年一遇，造成了慘重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡。熱帶氣旋近岸迅速加強(qiáng)的關(guān)鍵機(jī)制是什么？其預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)是什么？在短期預(yù)報(bào)時(shí)效內(nèi)如何定量把握熱帶氣旋快速加強(qiáng)？這些都是當(dāng)前熱帶氣旋業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的瓶頸，有待科研與業(yè)務(wù)人員攜手努力，以早日尋求突破。

香港浸會(huì)大學(xué)李劍鋒副教授最新的研究指出，全球變暖或使登陸熱帶氣旋移動(dòng)速度變慢，這將有利于熱帶氣旋過程累積降水量增加，釀成洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提升。香港中文大學(xué)（深圳）陳永勤教授在會(huì)議上補(bǔ)充解釋，由于全球變暖使不同緯度之間溫差減小，位勢(shì)高度的經(jīng)向梯度縮小，熱帶氣旋的引導(dǎo)氣流趨于變?nèi)?，這有利于熱帶氣旋給沿岸地區(qū)帶來更多降水。基于熱帶氣旋登陸后移動(dòng)速度減慢的統(tǒng)計(jì)研究結(jié)果，香港浸會(huì)大學(xué)向香港政府提交相關(guān)報(bào)告，以期改善城市防洪防澇基礎(chǔ)設(shè)施，為未來風(fēng)險(xiǎn)更高、致災(zāi)更強(qiáng)的洪澇災(zāi)害做好準(zhǔn)備。

本次會(huì)議的支持項(xiàng)目，“粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候?yàn)?zāi)害鏈的風(fēng)險(xiǎn)管控與應(yīng)對(duì)”是2020年啟動(dòng)的一項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。項(xiàng)目首席科學(xué)家、中山大學(xué)王東海教授指出，粵港澳大灣區(qū)作為世界第四大灣區(qū)和全國(guó)經(jīng)濟(jì)最具活力的地區(qū)，如何面對(duì)極端天氣氣候事件頻發(fā)，在全球變暖背景下涉及海洋和陸地的災(zāi)害增多增強(qiáng)，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展不可繞開的問題，其中的一些在科學(xué)上帶有共性問題，對(duì)于改進(jìn)科學(xué)支撐決策、風(fēng)險(xiǎn)引導(dǎo)決策具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。

據(jù)悉，項(xiàng)目組為了讓學(xué)術(shù)交流更加充分，會(huì)上安排了包括IPCC 第六次評(píng)估報(bào)告第一工作組聯(lián)合主席翟盤茂在內(nèi)的9位學(xué)者做特邀報(bào)告，全面介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于復(fù)合型極端事件、重大群發(fā)山地災(zāi)害、熱帶氣旋預(yù)報(bào)、地球系統(tǒng)模擬和人工智能等領(lǐng)域的最新進(jìn)展，讓研發(fā)人員，尤其是參與項(xiàng)目的近50位研究生得到最新和最優(yōu)秀成果的啟發(fā)。

粵港澳大灣區(qū)建設(shè)剛剛起步，該項(xiàng)目具有很強(qiáng)的前瞻性，是國(guó)家發(fā)展大局與區(qū)域重要戰(zhàn)略在科學(xué)研究上的迅速響應(yīng)，將基礎(chǔ)研究、業(yè)務(wù)進(jìn)步和戰(zhàn)略決策緊密地聯(lián)系在一起，是基礎(chǔ)理論與實(shí)踐應(yīng)用高度一體化的重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目之一。很多學(xué)者在這次會(huì)上用“講好故事”的態(tài)度，表達(dá)了圓滿完成項(xiàng)目目標(biāo)、促進(jìn)國(guó)家氣象核心能力提升的愿望。該項(xiàng)目以及相關(guān)領(lǐng)域的研究，面臨很多的挑戰(zhàn)，例如，將天氣和氣候?yàn)?zāi)害一并考慮，即是創(chuàng)新點(diǎn)，反映了最新的理念，也面臨如何整合好隊(duì)伍，讓習(xí)慣于自我劃分為天氣還是氣候歸屬的中國(guó)學(xué)者，在面對(duì)極端災(zāi)害時(shí)找到最佳融合點(diǎn)的挑戰(zhàn)。實(shí)際上，一些如何將預(yù)報(bào)與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控有機(jī)結(jié)合的科學(xué)或技術(shù)問題，既是氣象服務(wù)轉(zhuǎn)換為決策的最關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，更是眾多氣象應(yīng)用“卡脖子”問題的多發(fā)領(lǐng)域，我們也祝愿未來在世界漫長(zhǎng)的海岸線上，在中國(guó)的“大灣區(qū)”唱出最美的氣象創(chuàng)新之歌。