■ 賈朋群 曾智琳 周莘睿

翻開氣象和大氣科學發(fā)展史，不難發(fā)現(xiàn)一些科學突破往往圍繞某一重要的天氣氣候現(xiàn)象，學術界通過研究立項、開展外場試驗等方式，展開集中攻關并因此提出新理論、新觀點或新方法，甚至取得實質性的突破的例子。在強對流天氣領域，1970年實施的GATE試驗揭開了中尺度對流系統(tǒng)的面紗；在氣候預測領域，1982/1983年強厄爾尼諾事件讓TOGA試驗于1985—1994年持續(xù)了10年，極大推進了對ENSO循環(huán)基本特征的認識。

“灣”是指三面陸地一面向水的特別區(qū)域，而當“向水”為“向?！睍r，海灣地區(qū)就有了“連接內(nèi)陸，通達海外”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)獨特優(yōu)勢，獲得高速發(fā)展的案例。但是，灣區(qū)也往往是天氣氣候災害多發(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)極端天氣氣候及災害風險學術會瞄準了“粵港澳大灣區(qū)”這一嶄新的中國戰(zhàn)略區(qū)域，針對性地探討灣區(qū)的氣象風險及應對。來自高校、科研院所及氣象相關業(yè)務部門的近百名學者，圍繞大灣區(qū)極端天氣氣候事件及其災害鏈的問題展開了富具針對性的研討。

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

長時間序列、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，近年來再分析技術的迅速發(fā)展，為區(qū)域再分析數(shù)據(jù)集的構建提供了核心技術的支撐?；浉郯拇鬄硡^(qū)作為世界級城市群，不僅頻遭臺風、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害的威脅。深入認識大灣區(qū)極端天氣事件的客觀演變規(guī)律、科學防控應對它們所帶來的各類災害，是大灣區(qū)未來發(fā)展建設中的重要戰(zhàn)略方向。

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

（2）在前沿技術領域中找尋更好的方法

會議內(nèi)容涉及了很多新技術。來自國家氣象信息中心的熊安元研究員在會上介紹了人工智能（AI）在氣象應用方面的最新進展，指出AI從氣象界較為熟悉的簡單數(shù)據(jù)驅動，到目前深度學習方法的廣泛應用，面臨可解釋性降低和預報產(chǎn)品風險提高的重要挑戰(zhàn)。來自華南理工大學的陶乾副教授面對這樣的挑戰(zhàn)，在闡述圖神經(jīng)網(wǎng)絡應用時，提出引入“遷移學習”的方法，瞄準解決“大數(shù)據(jù)，小樣本”問題。該方法尤其適合面對大量天氣數(shù)據(jù)中，劇烈天氣的樣本偏少的情形。遷移學習凝聚面對的主要問題（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)在氣象領域應用所需的數(shù)據(jù)樣本離不開觀測，而天氣雷達的觀測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的雙偏振升級，并規(guī)劃布設40部相控陣雷達組網(wǎng)試驗，目前已建成22部，這將成為全球密度最大的相控陣雷達網(wǎng)絡。來自廣州市氣象局的張羽高級工程師詳細介紹了相控陣天氣雷達在廣州及其附近地區(qū)組網(wǎng)情況，以及當前大灣區(qū)強對流天氣的初步應用。他指出了相控陣雷達協(xié)同觀測的優(yōu)勢，對相控陣雷達進行按需靈活調配，包括對多個雷達識別的重點區(qū)域進行計算、排序，即時調整體掃/扇掃模式與角度、起止方位角，最終實現(xiàn)對目標對象的精準監(jiān)測與快速預警。最后，他特別強調了觀測試驗、科學研究與業(yè)務應用“三條腿”并行，充分發(fā)揮雙偏振－相控陣觀測的互補與協(xié)同功能，將是未來提升大灣區(qū)對中小尺度強對流天氣精準監(jiān)測與預警能力的關鍵。

（3）風險識別、監(jiān)測預警與管控策略“多管齊下”

實現(xiàn)對粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候災害鏈的管控與應對，涉及多領域、跨學科的交叉研究與應用。氣象監(jiān)測預報預警在這其中屬于“前端環(huán)節(jié)”，而“后端環(huán)節(jié)”需實現(xiàn)對災害鏈的管控與應對，諸如相關技術規(guī)范的編制、政策措施的跨境合作與制定、災害適應與減緩措施的執(zhí)行等，既涉及不同政府部門職能的銜接、也涉及自然科學與社會科學的銜接，更涉及科學理論研究的成果轉化與落地應用，這是極具挑戰(zhàn)性的。來自廣東省地質環(huán)境監(jiān)測總站的柯小兵研究員在會議上聚焦災害鏈“后端環(huán)節(jié)”，指出廣東95%的地質災害與強降水事件密切相關，并具有突發(fā)、群發(fā)與頻發(fā)等特點。然而，針對群發(fā)性地質災害分析與預警，廣東省國土資源廳更多地是基于實時動態(tài)監(jiān)測開展災害預警，短臨時效性要求更高。例如，在研究邊坡穩(wěn)定性及滑動過程物理力學機制的基礎上，建立各邊坡體的三維有限元模型，進而揭示坡面尺度地質災害演進過程中的物質遷移與能量轉化機制，最終確定地質災害不同階段關鍵致災因子與臨界轉化條件。在實際應用過程中，結合監(jiān)測獲取的降水量與臨界轉化、致災閾值條件做出及時預警響應。

國家氣象中心許鳳雯高級工程師在會議上介紹了中央氣象臺近期研發(fā)的基于Logistic地質災害氣象預警模型，該模型是從歷史災情信息與降水量因子建立邏輯回歸相關，擬合災害點發(fā)災概率，進而完成地質災害精細化預警。可見，上述兩種針對地質災害預警技術研發(fā)的思路是迥然不同的。氣象部門主要從預報角度出發(fā)，側重降水因子對地質災害的“直接影響”，而國土自然資源廳在降雨因子與地質災害發(fā)生之間更多地考慮地質條件與坡面尺度動力過程。因此，跨領域、跨部門、跨學科協(xié)作研發(fā)將有助于充分認識與理解災害鏈演化及致災過程，從而真正地從技術上實現(xiàn)對災害鏈的精細化預警。

（4）熱帶氣旋與海平面升高：未來灣區(qū)的最大風險

全球氣候變暖的背景下，極端天氣氣候事件越來越頻繁，各種氣象災害風險不斷加劇，這幾乎成為不爭的事實。2019年11月，中國社會科學院－中國氣象局氣候變化經(jīng)濟學模擬聯(lián)合實驗室與社會科學文獻出版社發(fā)布了《應對氣候變化報告2019：防范氣候風險》，該報告基于大灣區(qū)近百年氣象觀測資料和區(qū)域氣候模式百年模擬結果，從多方面對大灣區(qū)的氣候變化及氣候風險進行系統(tǒng)分析。結果表明，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 ℃。報告還特別強調了大灣區(qū)極端天氣氣候事件的災害風險將不斷增加，包括極端降水強度進一步增強、夏季高溫熱浪加劇、登陸熱帶氣旋強度增大、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)所處的珠江流域將面臨全年徑流增加、洪水強度增強和頻率增加等多種風險。挪威奧斯陸大學國際氣候及環(huán)境研究中心高級研究員Maria Sand博士最近表示，根據(jù)世界銀行2013年的一份報告顯示，至2050年，在世界主要沿海城市中，廣州將因社會經(jīng)濟環(huán)境變化、海平面上升等因素受到最大的經(jīng)濟損失。換言之，由于溫室效應、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)最嚴重的災害性天氣，一直以來其所受到的關注很矚目。國家氣象中心許映龍副總工程師介紹了當前我國臺風業(yè)務存在的主要困難，以及未來提升熱帶氣旋預報的關鍵技術，尤其指出近岸快速加強型熱帶氣旋對大灣區(qū)的威脅，例如2017年超強臺風“天鴿”在靠近大灣區(qū)過程中出現(xiàn)迅速加強的現(xiàn)象，雖然在登陸前一刻強度略減，但對大灣區(qū)造成極為嚴重的風暴潮災害，潮位超百年一遇，造成了慘重的社會經(jīng)濟損失與人員傷亡。熱帶氣旋近岸迅速加強的關鍵機制是什么？其預報著眼點是什么？在短期預報時效內(nèi)如何定量把握熱帶氣旋快速加強？這些都是當前熱帶氣旋業(yè)務預報的瓶頸，有待科研與業(yè)務人員攜手努力，以早日尋求突破。

香港浸會大學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，釀成洪澇災害風險提升。香港中文大學（深圳）陳永勤教授在會議上補充解釋，由于全球變暖使不同緯度之間溫差減小，位勢高度的經(jīng)向梯度縮小，熱帶氣旋的引導氣流趨于變?nèi)?，這有利于熱帶氣旋給沿岸地區(qū)帶來更多降水?；跓釒庑顷懞笠苿铀俣葴p慢的統(tǒng)計研究結果，香港浸會大學向香港政府提交相關報告，以期改善城市防洪防澇基礎設施，為未來風險更高、致災更強的洪澇災害做好準備。

本次會議的支持項目，“粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候災害鏈的風險管控與應對”是2020年啟動的一項國家重點研發(fā)計劃。項目首席科學家、中山大學王東海教授指出，粵港澳大灣區(qū)作為世界第四大灣區(qū)和全國經(jīng)濟最具活力的地區(qū)，如何面對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害增多增強，是我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展不可繞開的問題，其中的一些在科學上帶有共性問題，對于改進科學支撐決策、風險引導決策具有深刻的現(xiàn)實意義。

據(jù)悉，項目組為了讓學術交流更加充分，會上安排了包括IPCC 第六次評估報告第一工作組聯(lián)合主席翟盤茂在內(nèi)的9位學者做特邀報告，全面介紹了國內(nèi)外關于復合型極端事件、重大群發(fā)山地災害、熱帶氣旋預報、地球系統(tǒng)模擬和人工智能等領域的最新進展，讓研發(fā)人員，尤其是參與項目的近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)建設剛剛起步，該項目具有很強的前瞻性，是國家發(fā)展大局與區(qū)域重要戰(zhàn)略在科學研究上的迅速響應，將基礎研究、業(yè)務進步和戰(zhàn)略決策緊密地聯(lián)系在一起，是基礎理論與實踐應用高度一體化的重點研發(fā)項目之一。很多學者在這次會上用“講好故事”的態(tài)度，表達了圓滿完成項目目標、促進國家氣象核心能力提升的愿望。該項目以及相關領域的研究，面臨很多的挑戰(zhàn)，例如，將天氣和氣候災害一并考慮，即是創(chuàng)新點，反映了最新的理念，也面臨如何整合好隊伍，讓習慣于自我劃分為天氣還是氣候歸屬的中國學者，在面對極端災害時找到最佳融合點的挑戰(zhàn)。實際上，一些如何將預報與災害風險管控有機結合的科學或技術問題，既是氣象服務轉換為決策的最關鍵節(jié)點，更是眾多氣象應用“卡脖子”問題的多發(fā)領域，我們也祝愿未來在世界漫長的海岸線上，在中國的“大灣區(qū)”唱出最美的氣象創(chuàng)新之歌。