臺風(fēng)是如何預(yù)報的

方研

臺風(fēng)是大自然最鬼斧神工的杰作之一，曾幾何時，人們驚嘆于她的威力而束手無策。隨著氣象科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國臺風(fēng)預(yù)報技術(shù)已達(dá)世界一流水平。2022年9月15日，中央氣象臺對此前登陸的強(qiáng)臺風(fēng)“梅花”，發(fā)布了最新預(yù)警：“預(yù)計今天夜間，梅花將會登陸山東黃島到海陽一帶，未來24小時黃海到渤海這一帶海域，普遍會遭遇6級以上大風(fēng)，臺風(fēng)中心附近陣風(fēng)有10～11級?！毕襁@樣的預(yù)警，你肯定聽過無數(shù)次，那本期我們就來聊聊：我國是如何預(yù)報臺風(fēng)的？

每當(dāng)有臺風(fēng)在洋面上生成，獲知其準(zhǔn)確位置和實況強(qiáng)度是預(yù)報員第一時間需要做的事情，也是之后預(yù)報其路徑和強(qiáng)度發(fā)展的重要基礎(chǔ)。借助“海陸空”一體的全方位觀測手段，就是為了更快、更準(zhǔn)地找到臺風(fēng)的確切位置，并獲知其實況強(qiáng)度。

由于缺乏海洋觀測資料，對于身處海洋腹地的熱帶系統(tǒng)，氣象人員通常借助衛(wèi)星遙感觀測來獲取其實時特征。近年來，基于高分辨率衛(wèi)星資料的“臺風(fēng)客觀定位和強(qiáng)度客觀估計系統(tǒng)”解決了這一難題，預(yù)報員使用分析軟件，只需不到一分鐘就可以完成對衛(wèi)星圖像的處理及分析，給出一個合理的臺風(fēng)定位和強(qiáng)度。此外，基于靜止氣象衛(wèi)星和極軌氣象衛(wèi)星開發(fā)的“臺風(fēng)風(fēng)場分布定量分析技術(shù)”就好像給臺風(fēng)做了次“CT掃描”，能將衛(wèi)星監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成臺風(fēng)底層風(fēng)場分布結(jié)構(gòu)，讓人們精確掌握臺風(fēng)結(jié)構(gòu)的變化特征。

臺風(fēng)逐漸靠近陸地，人們的觀測手段也不斷豐富起來。架設(shè)在海島和石油平臺的自動氣象站、海洋氣象浮標(biāo)站、船載自動氣象站以及沿海天氣雷達(dá)等，都能實時獲取到臺風(fēng)相關(guān)風(fēng)速和氣壓等氣象要素資料。如果說通過觀測網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)掌握臺風(fēng)狀態(tài)是在預(yù)報中搶占先機(jī)，那么想要真正預(yù)測其動向，還必須掌握其發(fā)展規(guī)律。

首先，赤道附近此起彼伏的對流云團(tuán)，究竟哪一團(tuán)才能發(fā)展成為真正的臺風(fēng)呢？要破解這個難題，需要綜合考慮環(huán)境大氣各種物理量的影響，確定每個物理因子的閾值——就好比在游戲里做任務(wù)時，取得多少經(jīng)驗值就可以觸發(fā)劇情；隨后，預(yù)報員要根據(jù)這些因子的相互關(guān)系建立一個數(shù)學(xué)公式——即通過建模的方式算出臺風(fēng)生成概率，這是臺風(fēng)生成概率預(yù)報技術(shù)。

其次，對于發(fā)展成熟的臺風(fēng)，人們更為關(guān)注的是它會怎么走，能變多強(qiáng)。在主觀經(jīng)驗判斷之外，更多客觀手段可以幫助我們預(yù)測臺風(fēng)未來動向。中央氣象臺自主發(fā)展的“基于多種集合預(yù)報模式的臺風(fēng)路徑預(yù)報訂正技術(shù)”，是目前最行之有效的方法之一。通俗來說，這種方法就是在臺風(fēng)的若干種未來可能的路徑中，通過技術(shù)判別找到最合理的幾條路徑，再通過數(shù)學(xué)算法給出一條最優(yōu)的推薦路徑。另一項“黑科技”是對臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報技術(shù)的革新，中央氣象臺采用優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新方法，建立了“基于神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的臺風(fēng)強(qiáng)度預(yù)報計算方法”——簡單來講，就是可以通過機(jī)器學(xué)習(xí)的手段優(yōu)化臺風(fēng)強(qiáng)度的算法。

最后，臺風(fēng)襲來往往伴隨著強(qiáng)風(fēng)驟雨。臺風(fēng)在登陸過程中受到海岸線分布、下墊面摩擦、環(huán)境風(fēng)場等多種因素影響，所帶來的狂風(fēng)暴雨往往具有移動快、局地性強(qiáng)等特征。通過發(fā)展一種利用臺風(fēng)風(fēng)場的動力釋用技術(shù)，將高分辨率數(shù)值模式計算出的風(fēng)場預(yù)報結(jié)果與預(yù)報員的主觀路徑強(qiáng)度預(yù)報相匹配，最終形成了精細(xì)化臺風(fēng)風(fēng)雨格點預(yù)報產(chǎn)品。