1月8日 《暴雨》 倪允琪

央視國際 2004年01月09日 16:28

　　主講人簡介

　　倪允琪，曾任中國氣象科學研究院院長，國家973“暴雨研究”項目首席科學家，中國氣象科學研究院研究員。

　　內容簡介

　　我今天有這個機會給大家介紹一下暴雨，我感覺到非常榮幸。我今天比較系統的介紹一下關於暴雨的形成、暴雨引起的災害以及暴雨怎麼去監測、怎麼去預測，主要介紹一下這些內容。暴雨是我們國家一個很重要的災害，尤其是在長江流域，或者講整個的淮河以南地區，當然黃河也曾經發生過很大的洪澇。所以總體上來講。暴雨是我們國家主要的一個氣象災害。了解暴雨、研究暴雨是刻不容緩的一個任務。現在我們主要是用雷達和衛星來觀測和預報暴雨的發生發展的過程，但到以後，大體上到2025年的時候，我們的數值模式的分辨就一公里。一公里什麼概念呢？我們北京這個區域，我們一個點到一個點距離只有一公里。我剛才講了，我們現在一個測站到一個測站的距離是多少呢？是二百到三百公里，我們到了2025年，我講的等於我們一個點和一個點的觀測的距離只有一公里。也就是説，這個街道到那個街道它之間有什麼差別？我都可以在計算機裏面算出來。我們今後可以做三十天的預報，一公里什麼概念？就相當於我們從這個衛星上面去看地面，這個地面上的地形就清晰到這個程度，這就叫一公里。如果是看北京，可以把北京的街道的分佈基本上都能看出來。

　　所以再過二十年，整個的氣象事業的發展、氣象科學技術的水平的發展，隨著計算機、電子學科的發展以及我們氣象科學本身的發展，將會有一個非常大的變化。到那個時候我們的預報水平，三天裏邊的預報大概正確率絕對不會低於90%。所以從這個角度上來講，我想我們的氣象科學和現在比，就像我們現在和二三十年以前比一樣，有一個面貌全新的一個概念。我想我的講座就講完了，謝謝大家！

　　《暴 雨》 （全文）

　　我今天有機會給大家介紹一下暴雨，我感覺到非常榮幸。我今天比較系統的介紹一下關於暴雨的形成、暴雨它引起的災害、以及暴雨怎麼去監測、怎麼去預測，主要介紹一下這些內容。暴雨是我們國家一個很重要的災害，尤其是在長江流域。或者講整個的我們國家淮河以南地區，當然黃河也曾經發生過很大的洪澇。所以總體上來講暴雨是我們國家主要的一個氣象災害，那麼大家都很關注2003年汛期，在淮河流域再一次發生了洪澇，那麼這張圖就是由我們國家自己研製的“風雲2號”氣象衛星所發佈的衛星雲圖，我們可以看出來在淮河流域的上空，長時間的一直維持了一條雲帶。

　　那麼譬如説，我們在1998年，由於洪澇在長江流域，整個造成我們國家三千多億人民幣的損失。有一千多個人，在這次洪澇裏邊喪失了生命。因此洪澇災害和旱災不一樣，洪澇災害就像我們一個人急性病一樣，它會引起人民生命財産的突然之間的損失。而旱災一般來講就像我們的慢性病，它影響的時間很長。同樣會造成很大的損失，但主要的就是在經濟上、尤其是農業生産。所以從這一個表上面我們可以看出來，我們最近幾年，我們國家整個的因為氣象災害所受到的損失越來越大。隨著我們國民經濟的發展，由於氣象災害所造成的損失，也隨著國民經濟的發展而增大。所以這一點上面來講是很顯然的。

　　我們同樣也是洪澇的災害，譬如説在2001年8月5號到10號在上海有一次熱帶氣旋的影響，造成大的暴雨，整個上海就灌了水。那麼像這樣的災害，如果在二十年以前大家知道，就是幾條被子濕掉了。但是到了今天，我們每個家裏面都是各種各樣家電都有，要被水裏一泡，那損失可大了。那麼工廠裏邊同樣的，現在工廠的設備和幾十年以前工廠設備那是完全不能比。所以隨著我們國民經濟的發展，由於暴雨的災害，我們整個經濟的損失也越來越嚴重。那麼這個圖就是由於淮河流域的洪澇造成的水災，我們可以看到農村裏邊淹水的情況。

　　那麼現在非常重要的一點就是暴雨預報，因為洪澇我們要採取措施去預防，1998年的洪澇對三峽水庫來講是一個很大的威脅，因此我們能不能把暴雨預報做好，對確保三峽水庫建設的安全是重要的。在這個過程裏邊，我們中國氣象局在確保三峽水庫安全度過洪澇的這個時期起了很大的作用。我們基本上確保了整個的三峽水庫在洪澇期間氣象的預報，氣象的保障。譬如説到了洪澇的後期，那個時候三峽水庫已經由於土壩，就是泥土做的壩，長期的泡在水裏邊，已經受到了很大的影響。如果再有一次超過五十毫米的大雨的話，那麼三峽水庫裏邊所有的機械設備全部要撤離。人員要撤離，要確保機械設備和人員的安全。那麼這個時候長江三峽的總公司就要求中國氣象局要給出正確的預報，在後期有沒有可能再發生一次超過五十毫米的暴雨？如果要發生一次超過五十毫米的暴雨，這些人員設備全部要撤離三峽的工地。那麼國家氣象中心正確地預報降水不會超過五十毫米，因此整個的工程沒有能夠停下來。如果把這個整個的裝備人員撤離三峽水庫，大概估計工程的進度要延緩一年。所以氣象保障，尤其是暴雨預報、災害的預報，對確保我們國家重大的工程是起了很大的作用。但是暴雨預報可不是一個簡單的事，暴雨預報主要是有兩個最困難的地方，第一個暴雨它突發性強，大家知道，夏天我們看到了西面有一點很大的這種烏黑黑的雲上來。不要很長的時間就可以下很大的雨，這種就是我們講暴雨它的突發性。而且尤其在梅雨期間那是經常發生，因此暴雨它的突發多發給我們預報帶來了很大的影響，而且暴雨的面積通常來講是比較小的。

　　譬如説我舉個例子1998年，1998年的7月21號武漢三天的暴雨，有一小時的降雨量達到88.4毫米。三天的降雨量降在武漢的城市裏邊的雨水相當於什麼呢？我不知道在座的聽眾有沒有去過武漢？武漢市區裏邊有個叫東湖，三天裏邊降的水就相當於1.5倍東湖的涌水量，就倒在武漢的城市的上空。那麼這樣子一定會造成武漢城市裏邊的積水造成災害，所以從這一點上來講，如何去預報這個暴雨它是一個非常難的地方。尤其是它的轉折，關鍵的時刻，特別難。什麼時候發生？它發生在什麼地方？它的強度有多大？這一點在我們氣象上來講，在氣象預報上來講是一個非常難的事情。

　　第二個暴雨預報它一定是在某種大的大氣環流，也就是我們大氣裏邊運動的總的狀態的背景下面發生的。尤其是大家一定經常會聽到，如果關心氣象預報的話，一定會經常聽到所謂的負熱帶高壓。負熱帶高壓也就是夏天控制我們東南沿海的一個高壓帶，這個高壓對我們整個的它的東面的氣流有很大的影響。在這個負熱帶高壓的西面，一定是偏南氣流。而這個偏南氣流就把海上的大量暖濕的空氣從南面就帶到了北面，因此這個負熱帶高壓的變動，可以使得我們的水氣就直接的從南面華南一直送到長江流域。這個就造成了北面的冷空氣過來，南面的暖濕空氣北上。冷暖空氣一碰撞，它就産生了很強的對流。那麼暖的空氣過來，冷的就向下走，暖的就向上走。這樣暖空氣拼命就向上走，一向上走它又暖又濕。因此向上走的過程裏面呢，它就冷卻變成為降水，然後掉下來。所以這個過程整個來講它是一個非常複雜的一個動力學、物理學、和熱力學方面的一個問題。所以這個暴雨預報，它是一個難度很大的地方。那麼要想做好暴雨預報，首先要做好監測。因此假如我們能夠提高暴雨預報的能力，實際上對我們整個國家防災減災總體能力上來講是提高了一步。那麼到底我們怎麼去做好暴雨的監測？這是我們非常關注的一個問題。

　　我想下面呢，就我們目前科學技術的發展到什麼程度，我給大家做一個介紹。我首先講一下暴雨是怎麼形成的？暴雨我們通常來講有三種，一種我剛才講的梅雨鋒暴雨。第二個就是颱風，或者比颱風強度低一些的，我們就叫做熱帶氣旋。第三種，我們夏天經常會遇到的對流引起的暴雨。所以我們大體上我們把暴雨分成這樣三種類型。那麼暴雨怎麼會形成？它最主要的有三個條件。第一個條件，你要形成暴雨一定要有足夠的水氣。第二個你有了足夠的水氣，這個水氣怎麼從下面送到上面去？所以一定要有上升運動。也就是這個水氣一定要向上面爬。大家知道，我們大氣低層溫度比較高，越到高層溫度越低。那麼大家知道，從來沒有説是開了玻璃窗來乘飛機的。為什麼？因為飛機飛到高空的時候，玻璃窗外面是零下幾十度。所以飛機在高空裏面飛的話，一定是密封的。它一定要確保飛機裏邊，達到我們人體舒適的溫度和濕度。所以當我們暖濕的空氣爬升上去的時候，它一遇到冷馬上就凝結成水滴。如果這個水滴大於我們的上升運動，造成的這樣的一個托的力量，那麼這個水滴它就會掉下來，所以這樣子就形成了暴雨。所以我們講第二個條件，一定要有很強的上升運動。第三個條件，就是穩定。什麼叫穩定？我剛才講了，如果我們暖的空氣在下面，冷的空氣在上面。大家都知道，冷的空氣它的比重就大，而暖的空氣比重就小。因此暖的空氣它一定會升上來，而冷的空氣就下來。這樣子就在大氣裏邊就引起翻騰，冷的要下來，暖的要上去。這引起一翻騰以後它就造成了很強的上升運動，因為暖空氣要爬上去，冷空氣要下來暖空氣上去。這個暖空氣一上去以後它就造成了我剛才講的，遇到冷以後它就會凝結。凝結以後就變成水滴，它就掉下來變成雨。

　　所以暴雨形成一定是有這三個條件：第一個有豐富的水氣。既然是暴雨，那就是雨量很大。那麼我剛才講了，1998年7月21號在武漢引起這麼大的暴雨，有1.5倍東湖的水量從空中掉下來。那你可想而知它的水氣有多大、多豐富。第二個它一定要很強的上升運動。那麼我們想想看，它在三天時間裏邊把1.5倍的這個東湖的水要托到空中，那你想像看它要多大的力量。第三個你要造成第二個條件，大氣裏邊一定是非常地不穩定。也就是冷的空氣拼命向下走，而暖的空氣拼命向上走。就造成很大的翻騰，這樣就像我們水裏一樣，我們大家知道燒開水要開的時候，下面的水泡泡一定啪啪啪啪翻上來。你到水燒滾的時候，也就是到了攝氏一百度的時候，那整個水泡泡啪啪啪啪都翻上來。這個和大氣運動是類似的，如果你底下很熱，你就必然的是熱的空氣拼命朝上跑。而上面的空氣冷，下面的空氣熱。熱的空氣拼命朝上跑，冷的空氣拼命向下掉。所以這就像水裏面燒開水一樣，燒開水你仔細看，這個水裏邊就拼命地在那裏翻騰。大氣其實也是一樣的，所以從這個角度上來講，它這三個條件是必備的。

　　第二個颱風，比颱風強度弱一點的我們就叫熱帶氣旋。那麼這兩個一個是弱一點的小弟弟，一個是大一點的老大哥。僅僅是這個差距，它在結構上基本上非常地類似。我們現在從我們衛星角度上來講，我們可以非常正確地觀測這個颱風。這個就是從衛星上看到的颱風，我們可以看，這個颱風有非常強地螺旋狀的雲帶。也就是説它的氣流從外邊卷到裏邊，這就是颱風。卷到裏邊所以中間有個叫颱風眼。藍的可不是雲，恰恰是好天。所以中間有一個颱風眼，那麼颱風眼什麼樣子的呢？其實老一些的同志很有經驗，以前我們家裏邊有個水缸，我們小孩子小時候都喜歡拿個竹竿，在這個水缸裏，“啪”一攪。一攪它就轉起來，因為中間會空，水會掉下去。兩邊的水會豎起來的，這就是和颱風一樣的。你看這個中間沒有水，它掉下去。水就在邊上，颱風就是這樣子。所以颱風它是空氣裏面一個強烈的渦旋，就像我們拿個竹竿在水缸裏面攪一攪一樣。當然這個不是説上面有個上帝在那兒攪，它就是因為某種大氣的條件，使得整個的大氣在那裏旋轉。轉得越來越快，到最後它就像我們在水缸裏面一個棍子在那裏攪拌一樣。所以這個颱風它的結構就是這樣的，所以我們稍微有一點點以前生活經驗的同志你同他一講他很能理解什麼叫做颱風眼。這個其他地方都降水，這裡怎麼是好天？就是這個道理。

　　那麼第三種暴雨我很簡單的講一下，就是我們夏天看到的熱對流引起的暴雨。也就是我今天非常熱，明天稍微有一點點冷空氣來，這個地面上非常熱的空氣就一下子就抬升上去，抬升上去以後凝結就變成了暴雨。而這種暴雨下的時間短，範圍小，和我剛才講的梅雨風暴雨那是完全不可以比擬。所以通常來講，我們有這樣三種暴雨：一種是梅雨鋒。那就是在季節過渡的時候，由春季到夏季南方一定經歷過這個時期。第二種就是颱風引起的暴雨。颱風引起的暴雨就是這個颱風一來，暴雨就來了。颱風一走，暴雨就走了。第三種那我們北京也經常會下，下個長一點兩個小時，短一點一下子閃過，那麼這種就是熱對流引起的暴雨。

　　那麼我下面講這個暴雨怎麼監測？你怎麼去看暴雨？我剛才給大家講了一個現象，講了一個為什麼會造成這樣的暴雨。那麼這個暴雨的監測，現在的裝備和二三十年以前大不一樣。在座的年輕的同志，他沒有去過。可能年紀大一點，或許去過氣象站。那時候一個氣象站也就是一個電線桿上面一個風標，然後幾個百葉箱，這就是氣象站。現在可大不一樣，現在我們氣象上的裝備從衛星、雷達到計算機。我們常規監測就是全國的124個探空，所謂探空就是一個氣球，氣球下面吊一個探測氣壓、溫度、濕度的一個儀器設備。氣球一放，這個儀器設備就上去了。它就把氣壓、溫度、濕度測下來，然後通過無線電傳下來。那麼下面接收這個叫探空，那麼這個設備可以説已經幾十年了。第二個我給大家看的是雷達。我們以前一般的雷達它沒有用多普勒雷達的原理，這個我就不深講了，以前的雷達只能看到雲的回波。因為雷達的無線電波發射出去，一碰到雲裏的水滴它就反射。那麼你就接收到，這就是回波。那麼這裡面有水滴，那麼回波就強。説明這個雲越厚，也就是裏面的水滴就越大。那麼以前就是用一般的雷達只能測到這個，多普勒雷達和它的差別在哪呢？由於用了多普勒的原理，我還可以測到雲裏面的風是怎麼樣的？雲裏面上升氣流多強？它是吹的南風還是北風？今後我們發展到極化雷達，雙極化雷達，我不但能夠測到它的風多強？我還能測到雲裏邊究竟是冰還是水？還是其他的物質？所以現在的手段和二三十年以前比，那是完全不能比。現在的雷達、衛星、還有其他的一系列的手段，都給我們氣象預報提供了充分的信息。

　　我現在重點介紹衛星和多普勒雷達如何去監測我們的暴雨，也就是近代的手段如何去監測暴雨。那麼能夠監測暴雨一定也能夠監測颱風、能夠監測其他的天氣現象。我現在就以這個為例，這就是目前所有的衛星，大體上就是沿著這個軌道走的。氣象衛星大體上分兩類：一類就是沿了極軌走的，我們叫極軌衛星。另外一類就是同步衛星，它一直在同一個位置上。原因是它轉動的速度和我們地球的速度基本上一致，所以它一直在我們這個頭頂上不動。而極軌衛星是繞著極地轉的，所以氣象衛星有這麼兩種。那麼我們國家現在這兩種衛星我們國家都有，我們現在有一個叫“風雲1號”，有一個叫“風雲2號”。那麼“風雲1號”就是極軌衛星，“風雲2號”就是同步衛星。那麼我們現在呢，基本上在我們頭頂上一直保留了保持著這樣兩種衛星在那裏運轉。這就是我講的，這就是“風雲1號”。這就是中國的“風雲2號”，所以大體上是這樣的。

　　這一個是用兩部、三部多普勒雷達同時觀測一個系統計算到的一個流場。這是用雷達觀測到的，從雷達觀測到的來講，這是強的回波。這個回波就説明這個是個雨帶，這個就是我們用多普勒雷達觀測到的風場。那麼我們可以看到，我們現在用雷達可以觀測到這麼細微的結構。這個細微的結構我們用常規的看不到，原因是什麼？我剛才給大家看的那個常規的天氣，探空站也好、雷達站也好、它本身的間距多少呢？有兩百到三百公里。而我們一個暴雨多大呢？通常的範圍在一百公里左右，我們大家可以想像，我們就像去捉魚一樣，如果我們魚網網眼很大，而這個魚很小，大家想想看，我用大網眼的漁網能不能抓到小魚？就絕對抓不到的。小魚一定會在網眼裏邊漏掉了，我們的觀測也是這樣的。暴雨只有一百公里，而我這個氣象站的間距是兩百到三百公里，我怎麼能看到它呢？我一個氣象站在這裡，一個氣象站這裡，這個暴雨系統就比它小，就在這裡漏過去了。如果用兩部雷達同時觀測，我就可以抓到了。所以為什麼我們要用這樣兩部、三部雷達去同時觀測呢？就是因為我們常規的觀測是看不到的，只有這樣子看才能看到。

　　那麼暴雨今後會怎麼發展？暴雨今後大體上到2025年的時候，我們的數值模式它的水平的分辨就一公里，一公里什麼概念呢？我們北京這個區域，我們每一個點，一個點到一個點距離只有一公里。我剛才講了，我們現在一個測站到一個測站的距離多少呢？是二百到三百公里。我們到了2025年，我們一個點和一個點的觀測的距離只有一公里，也就是説，這個街道到那個街道它之間有什麼差別？我都可以在計算機裏面算出來。在20年以後，我們就可以達到這樣的水平。我們到那個時候，我們的地球的靜止衛星已經高分辨到什麼程度？可以提供五百米時間的分辨只有三十秒鐘這樣的圖像。我們那時候的雷達可以做到雙極化的雷達，我不但可以看到風、而且看到雲裏邊是冰還是水、在什麼高度都可以看出來。那個時候我們有地球的低軌衛星，通過這個低軌衛星可以給出全球的風場。海上面怎麼得到風場？海上你沒法去觀測，現在我們通過低軌衛星，可以把全球的風場全部給出來。我們可以用空間衛星去觀測雷暴，雷暴在什麼地方發生？精度可以達到一百米。我們到那個時候，可以通過其他的設備，可以看到整個的大氣裏邊精細的三維風場的結構。我們今後可以做三十天的預報。所以再過二十年，整個的氣象事業的發展、氣象科學技術的水平的發展，隨著計算機、電子學科的發展以及我們氣象科學本身的發展，將會有一個非常大的變化。到那個時候我們的預報水平，三天裏邊的預報大概正確率絕對不會低於90%。所以從這個角度上來講，我想我們的氣象科學和現在比，就像我們現在和二三十年以前比一樣，有一個面貌全新的一個概念。我想我的講座就講完了，謝謝大家！