■ 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、開展外場試驗等方式，展開集中攻關(guān)并因此提出新理論、新觀點(diǎn)或新方法，甚至取得實質(zhì)性的突破的例子。在強(qiáng)對流天氣領(lǐng)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(yù)測領(lǐng)域，1982/1983年強(qiáng)厄爾尼諾事件讓TOGA試驗于1985—1994年持續(xù)了10年，極大推進(jìn)了對ENSO循環(huán)基本特征的認(rèn)識。

“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，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，獲得高速發(fā)展的案例。但是，灣區(qū)也往往是天氣氣候災(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)險學(xué)術(shù)會瞄準(zhǔn)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(fēng)險及應(yīng)對。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(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?；浉郯拇鬄硡^(qū)作為世界級城市群，不僅頻遭臺風(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(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，而這需要一個不可或缺的重要基礎(chǔ)，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(xué)家王東海教授介紹了具有針對性的大灣區(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、時間分辨率為1小時的再分析數(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期趨勢、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

會議內(nèi)容涉及了很多新技術(shù)。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(yīng)用方面的最新進(jìn)展，指出AI從氣象界較為熟悉的簡單數(shù)據(jù)驅(qū)動，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)報產(chǎn)品風(fēng)險提高的重要挑戰(zhàn)。來自華南理工大學(xué)的陶乾副教授面對這樣的挑戰(zhàn)，在闡述圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用時，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，而天氣雷達(dá)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(dá)的雙偏振升級，并規(guī)劃布設(shè)40部相控陣?yán)走_(dá)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?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)。來自廣州市氣象局的張羽高級工程師詳細(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)對流天氣的初步應(yīng)用。他指出了相控陣?yán)走_(dá)協(xié)同觀測的優(yōu)勢，對相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行按需靈活調(diào)配，包括對多個雷達(dá)識別的重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行計算、排序，即時調(diào)整體掃/扇掃模式與角度、起止方位角，最終實現(xiàn)對目標(biāo)對象的精準(zhǔn)監(jiān)測與快速預(yù)警。最后，他特別強(qiáng)調(diào)了觀測試驗、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－相控陣觀測的互補(bǔ)與協(xié)同功能，將是未來提升大灣區(qū)對中小尺度強(qiáng)對流天氣精準(zhǔn)監(jiān)測與預(yù)警能力的關(guān)鍵。

（3）風(fēng)險識別、監(jiān)測預(yù)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(zāi)害鏈的管控與應(yīng)對，涉及多領(lǐng)域、跨學(xué)科的交叉研究與應(yīng)用。氣象監(jiān)測預(yù)報預(yù)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(zāi)害鏈的管控與應(yīng)對，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)測總站的柯小兵研究員在會議上聚焦災(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，針對群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害分析與預(yù)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(zāi)害預(yù)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(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。在實際應(yīng)用過程中，結(jié)合監(jiān)測獲取的降水量與臨界轉(zhuǎn)化、致災(zāi)閾值條件做出及時預(yù)警響應(yīng)。

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(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。可見，上述兩種針對地質(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)報角度出發(fā)，側(cè)重降水因子對地質(zhì)災(zāi)害的“直接影響”，而國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)上實現(xiàn)對災(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

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)險不斷加劇，這幾乎成為不爭的事實。2019年11月，中國社會科學(xué)院－中國氣象局氣候變化經(jīng)濟(jì)學(xué)模擬聯(lián)合實驗室與社會科學(xué)文獻(xiàn)出版社發(fā)布了《應(yīng)對氣候變化報告2019：防范氣候風(fēng)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(jié)果，從多方面對大灣區(qū)的氣候變化及氣候風(fēng)險進(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。挪威奧斯陸大學(xué)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(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。國家氣象中心許映龍副總工程師介紹了當(dāng)前我國臺風(fēng)業(yè)務(wù)存在的主要困難，以及未來提升熱帶氣旋預(yù)報的關(guān)鍵技術(shù)，尤其指出近岸快速加強(qiáng)型熱帶氣旋對大灣區(qū)的威脅，例如2017年超強(qiáng)臺風(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)報著眼點(diǎn)是什么？在短期預(yù)報時效內(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)險提升。香港中文大學(xué)（深圳）陳永勤教授在會議上補(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?；跓釒庑顷懞笠苿铀俣葴p慢的統(tǒng)計研究結(jié)果，香港浸會大學(xué)向香港政府提交相關(guān)報告，以期改善城市防洪防澇基礎(chǔ)設(shè)施，為未來風(fēng)險更高、致災(zāi)更強(qiáng)的洪澇災(zāi)害做好準(zhǔn)備。

本次會議的支持項目，“粵港澳大灣區(qū)極端天氣氣候災(zāi)害鏈的風(fēng)險管控與應(yīng)對”是2020年啟動的一項國家重點(diǎn)研發(fā)計劃。項目首席科學(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)和全國經(jīng)濟(jì)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(zāi)害增多增強(qiáng)，是我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(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，對于改進(jìn)科學(xué)支撐決策、風(fēng)險引導(dǎo)決策具有深刻的現(xiàn)實意義。

據(jù)悉，項目組為了讓學(xué)術(shù)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(xué)者做特邀報告，全面介紹了國內(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、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，該項目具有很強(qiáng)的前瞻性，是國家發(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)理論與實踐應(yīng)用高度一體化的重點(diǎn)研發(fā)項目之一。很多學(xué)者在這次會上用“講好故事”的態(tài)度，表達(dá)了圓滿完成項目目標(biāo)、促進(jìn)國家氣象核心能力提升的愿望。該項目以及相關(guān)領(lǐng)域的研究，面臨很多的挑戰(zhàn)，例如，將天氣和氣候災(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伍，讓習(xí)慣于自我劃分為天氣還是氣候歸屬的中國學(xué)者，在面對極端災(zāi)害時找到最佳融合點(diǎn)的挑戰(zhàn)。實際上，一些如何將預(yù)報與災(zāi)害風(fēng)險管控有機(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。