福建省气象“神器”助力破解“对流触发短时临近预报”

强对流系统时常伴随暴雨、雷电、大风、冰雹和龙卷等灾害天气，对人类生命和财产安全构成严重威胁。把握对流系统的初始形成过程，即对流触发，是成功预报强对流系统及其引发灾害天气的根本。然而，定时定点的对流触发精细化临近预报在全球气象学界至今仍是一个极具挑战的问题。

福建省厦门市气象局海峡气象开放实验室黄亦鹏博士、赵玉春博士对基于卫星与雷达的对流触发观测和预警技术的研究报告，被评为中国气象局2019年度优秀气象科技前沿动态研究报告。从该研究进展中，我们可看到两大气象“神器”是如何助力破解“对流触发短时临近预报”这一国际难题的。

强对流难以预报

众所周知，大气运动本身复杂多变，而且具有内在随机性，其中的强对流系统更是具有局地性、时间尺度小、发展演变快等特点，生命史只有几十小时甚至几分钟，因此较难精准预测。其中，“对流触发过程”的研究是“强对流系统”预报的关键。目前的对流触发预报主要是利用地面和探空等常规观测以及数值天气预报模式输出参量诊断对流发生条件，从而进行较大范围的对流触发潜势预报。但常规观测资料的时空密度有限，数值模式对于中小尺度天气过程的刻画能力又常显不足，难以进行十分精细化的对流触发预报。

为中小尺度天气过程“画像”

强对流天气的发展跟云的发展过程有关，具备高时空分辨率的天气雷达和静止卫星能够通过捕捉边界层辐合线和新生积云发展等中小尺度天气过程，有效评估对流触发条件，为对流触发精细化临近预报提供指示信息。静止卫星通过光学成像仪及时捕捉、提取和分析积云快速发展信号，从而用于对流触发研究。成像仪观测能力不断提升，基于此的对流触发观测研究经历了从可见光图像法、单一红外窗区通道法到多光谱通道法的演变，对积云发展呈现出从定性到定量描述的趋势。

近年来，从早期积云发展角度寻找对流触发过程对于后续对流发展强度的指示作用，是使用静止卫星研究对流触发的另一重要落脚点。此外，也有研究借助静止卫星搭载的垂直探测仪连续获取对流发生前的大气温度和湿度廓线，评估对流触发发生条件。天气雷达一直是对流监测和预警的主要工具，特别是多普勒天气雷达的业务布网，极大改善了强对流天气的临近预报水平强对流 预报 书，同时也为对流触发的研究提供了有利的观测事实。

对应于雷达观测到的两类回波，对流触发研究可以总结为两部分：一是基于降水回波的对流触发定义及其气候统计研究；二是基于非降水回波（或晴空回波）的边界层辐合线与对流触发关系研究。前者为认识不同地区的对流触发特征和机理提供了概貌信息，后者为对流触发精细化预报提供指示信息。

新技术应用未来可期

上述研究的开展推动了一些基于卫星和雷达的对流触发预警技术的成熟和业务化，其中颇具代表性的是在美国发展的SATCAST算法、UWCI算法和ANC系统。

实践表明，这些技术能够有效辅助对流触发0到2小时的临近预报和预警。同时，这些技术也在包含我国在内的不同地区、不同的观测平台上推广运用。针对这些预警技术存在的问题，一些学者进行了进一步研究分析，并结合机器学习等方法对已有技术进行完善。值得期待的是强对流 预报 书，目前国际上正处于静止卫星更新换代时期，新一代静止气象卫星在时间、空间和光谱分辨率、光谱通道数以及搭载仪器性能等方面都有质的提升。不同地区布设的天气雷达网也逐渐在进行双偏振升级。静止卫星和天气雷达探测能力的持续提升，将有助于解决当前存在的技术瓶颈问题，进一步推进对流触发预报预警技术的发展。