美國極端天氣事件的預(yù)測和管理

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

美國極端天氣事件的預(yù)測和管理

夏冬冬，任湘湘（編譯）

（國家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心，北京 100081）

2011年美國共發(fā)生12起經(jīng)濟(jì)損失達(dá)10億美元以上的極端天氣事件，該數(shù)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(shù)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(rèn)為極端事件是對美國整個國家前所未有的挑戰(zhàn)，及時、準(zhǔn)確的警報(bào)和預(yù)報(bào)至關(guān)重要。過去20年里，美國極端事件發(fā)生的頻率在穩(wěn)步上升，氣象和水文的事件數(shù)量增至過去3倍。

IPCC發(fā)布的《極端事件和災(zāi)害風(fēng)險報(bào)告》指出：幾乎可以肯定21世紀(jì)全球范圍內(nèi)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(fā)生可能性增大，熱帶氣旋最大風(fēng)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?cái)U(kuò)大到地區(qū)級。

面對嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，NOAA致力于發(fā)展包括資料、信息、分析、模型和評估在內(nèi)的環(huán)境保障能力，NOAA過去做了以下幾個方面的工作：

（1）發(fā)展從天氣尺度到氣候尺度的環(huán)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(chǎn)品及服務(wù)。未來重點(diǎn)發(fā)展三大類服務(wù)：臨近預(yù)報(bào)、極端事件過程追蹤和氣候預(yù)測。

（2）發(fā)展綜合觀測

目前的觀測系統(tǒng)包括衛(wèi)星、地面監(jiān)測、飛機(jī)、船、浮標(biāo)、氣象站、氣象塔、探空氣球、水下滑行器等?，F(xiàn)有的觀測系統(tǒng)主要是進(jìn)行天氣尺度上的觀測，氣候觀測要求的長期穩(wěn)定性和精確性還不能滿足；在極端事件中，特別在颶風(fēng)降水、龍卷風(fēng)、強(qiáng)雷暴和冰雹一些小尺度事件中，很難獲得持續(xù)和穩(wěn)定的觀測。

NOAA需要發(fā)展用于監(jiān)測極端事件的新型低成本高效率觀測技術(shù)。在改進(jìn)綜合觀測系統(tǒng)的過程中，NOAA仍將開展一系列的觀測系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)（Observing System Simulation Experiments,OSSEs），通過模型實(shí)驗(yàn)來評估觀測密度或者布局的改變給預(yù)報(bào)精度帶來的影響，進(jìn)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(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差

利用多套相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)集，采取關(guān)鍵氣候變量（Essential Climate Varibles,ECV）技術(shù)，制作氣候指標(biāo)變量，每個指標(biāo)變量都綜合了多個獨(dú)立的資料序列。使用這些復(fù)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(biāo)

NOAA推出一系列氣候極端指標(biāo)，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(biāo)形式，涵蓋熱浪、寒潮、降雨、干旱、登陸颶風(fēng)等極端事件。氣候極端指標(biāo)圖將幫助公眾、商業(yè)、政府決策者應(yīng)對極端天氣事件。

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

（6）發(fā)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(xiàn)為多尺度上的，數(shù)值模擬應(yīng)當(dāng)能夠適應(yīng)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(qū)域高分辨率模型不但網(wǎng)格更密，并且利用統(tǒng)計(jì)技術(shù)使得預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率更高，以滿足不同用戶的需要。比如農(nóng)業(yè)部門和水利部門需要季節(jié)尺度的產(chǎn)品，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要年代尺度的信息，保險業(yè)需要10-30年的氣候預(yù)報(bào)產(chǎn)品。

（7）極端天氣事件偵測和歸因

NOAA有一系列的團(tuán)隊(duì)在進(jìn)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(fēng)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(fā)和應(yīng)用

長期氣候預(yù)報(bào)能夠幫助公眾、商業(yè)部門為將來可能的極端天氣事件做好準(zhǔn)備。通過開發(fā)和應(yīng)用輔助決策工具，已經(jīng)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(yè)部門對氣候變化預(yù)測工具的需求將會不斷增多。

（9）數(shù)字海岸（DIGITAL COAST）

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

（10）未來的道路

由于可以預(yù)見到全球變暖將加劇、水循環(huán)將擴(kuò)大，美國對環(huán)境保障能力的需求將持續(xù)提高，對NOAA提出的要求表現(xiàn)在兩個方面：一、用戶人數(shù)不斷增多，將產(chǎn)生新的市場，而這些市場由一些商業(yè)化運(yùn)作的公司來開發(fā)，而NOAA需要向這些公司提供數(shù)據(jù)；二、觀測數(shù)據(jù)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(shù)革新以適應(yīng)社會需求的不斷提高。