主講人簡介

倪允琪，曾任中國氣象科學(xué)研究院院長，國家973“暴雨研究”項(xiàng)目首席科學(xué)家，中國氣象科學(xué)研究院研究員。

內(nèi)容簡介

我今天有這個機(jī)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(tǒng)的介紹一下關(guān)于暴雨的形成、暴雨引起的災(zāi)害以及暴雨怎么去監(jiān)測、怎么去預(yù)測，主要介紹一下這些內(nèi)容。暴雨是我們國家一個很重要的災(zāi)害，尤其是在長江流域，或者講整個的淮河以南地區(qū)，當(dāng)然黃河也曾經(jīng)發(fā)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(zāi)害。了解暴雨、研究暴雨是刻不容緩的一個任務(wù)。現(xiàn)在我們主要是用雷達(dá)和衛(wèi)星來觀測和預(yù)報暴雨的發(fā)生發(fā)展的過程，但到以后，大體上到2025年的時候，我們的數(shù)值模式的分辨就一公里。一公里什么概念呢？我們北京這個區(qū)域，我們一個點(diǎn)到一個點(diǎn)距離只有一公里。我剛才講了，我們現(xiàn)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，我講的等于我們一個點(diǎn)和一個點(diǎn)的觀測的距離只有一公里。也就是說，這個街道到那個街道它之間有什么差別？我都可以在計算機(jī)里面算出來。我們今后可以做三十天的預(yù)報，一公里什么概念？就相當(dāng)于我們從這個衛(wèi)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布基本上都能看出來。

所以再過二十年，整個的氣象事業(yè)的發(fā)展、氣象科學(xué)技術(shù)的水平的發(fā)展，隨著計算機(jī)、電子學(xué)科的發(fā)展以及我們氣象科學(xué)本身的發(fā)展，將會有一個非常大的變化。到那個時候我們的預(yù)報水平，三天里邊的預(yù)報大概正確率絕對不會低于90%。所以從這個角度上來講，我想我們的氣象科學(xué)和現(xiàn)在比，就像我們現(xiàn)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！

全文

我今天有機(jī)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(tǒng)的介紹一下關(guān)于暴雨的形成、暴雨它引起的災(zāi)害、以及暴雨怎么去監(jiān)測、怎么去預(yù)測，主要介紹一下這些內(nèi)容。暴雨是我們國家一個很重要的災(zāi)害，尤其是在長江流域?；蛘咧v整個的我們國家淮河以南地區(qū)，當(dāng)然黃河也曾經(jīng)發(fā)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(zāi)害，那么大家都很關(guān)注2003年汛期，在淮河流域再一次發(fā)生了洪澇，那么這張圖就是由我們國家自己研制的“風(fēng)云2號”氣象衛(wèi)星所發(fā)布的衛(wèi)星云圖，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云帶。

那么譬如說，我們在1998年，由于洪澇在長江流域，整個造成我們國家三千多億人民幣的損失。有一千多個人，在這次洪澇里邊喪失了生命。因此洪澇災(zāi)害和旱災(zāi)不一樣，洪澇災(zāi)害就像我們一個人急性病一樣，它會引起人民生命財產(chǎn)的突然之間的損失。而旱災(zāi)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(jīng)濟(jì)上、尤其是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。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?yàn)闅庀鬄?zāi)害所受到的損失越來越大。隨著我們國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于氣象災(zāi)害所造成的損失，也隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而增大。所以這一點(diǎn)上面來講是很顯然的。

我們同樣也是洪澇的災(zāi)害，譬如說在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。那么像這樣的災(zāi)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，我們每個家里面都是各種各樣家電都有，要被水里一泡，那損失可大了。那么工廠里邊同樣的，現(xiàn)在工廠的設(shè)備和幾十年以前工廠設(shè)備那是完全不能比。所以隨著我們國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于暴雨的災(zāi)害，我們整個經(jīng)濟(jì)的損失也越來越嚴(yán)重。那么這個圖就是由于淮河流域的洪澇造成的水災(zāi)，我們可以看到農(nóng)村里邊淹水的情況。

那么現(xiàn)在非常重要的一點(diǎn)就是暴雨預(yù)報，因?yàn)楹闈澄覀円扇〈胧┤ヮA(yù)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(yù)報做好，對確保三峽水庫建設(shè)的安全是重要的。在這個過程里邊，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(yù)報，氣象的保障。譬如說到了洪澇的后期，那個時候三峽水庫已經(jīng)由于土壩，就是泥土做的壩，長期的泡在水里邊，已經(jīng)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，那么三峽水庫里邊所有的機(jī)械設(shè)備全部要撤離。人員要撤離，要確保機(jī)械設(shè)備和人員的安全。那么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(yù)報，在后期有沒有可能再發(fā)生一次超過五十毫米的暴雨？如果要發(fā)生一次超過五十毫米的暴雨，這些人員設(shè)備全部要撤離三峽的工地。那么國家氣象中心正確地預(yù)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(jìn)度要延緩一年。所以氣象保障，尤其是暴雨預(yù)報、災(zāi)害的預(yù)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(yù)報可不是一個簡單的事，暴雨預(yù)報主要是有兩個最困難的地方，第一個暴雨它突發(fā)性強(qiáng)，大家知道，夏天我們看到了西面有一點(diǎn)很大的這種烏黑黑的云上來。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(fā)性。而且尤其在梅雨期間那是經(jīng)常發(fā)生，因此暴雨它的突發(fā)多發(fā)給我們預(yù)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。

譬如說我舉個例子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(dá)到88.4毫米。三天的降雨量降在武漢的城市里邊的雨水相當(dāng)于什么呢？我不知道在座的聽眾有沒有去過武漢？武漢市區(qū)里邊有個叫東湖，三天里邊降的水就相當(dāng)于1.5倍東湖的涌水量，就倒在武漢的城市的上空。那么這樣子一定會造成武漢城市里邊的積水造成災(zāi)害，所以從這一點(diǎn)上來講，如何去預(yù)報這個暴雨它是一個非常難的地方。尤其是它的轉(zhuǎn)折，關(guān)鍵的時刻，特別難。什么時候發(fā)生？它發(fā)生在什么地方？它的強(qiáng)度有多大？這一點(diǎn)在我們氣象上來講，在氣象預(yù)報上來講是一個非常難的事情。

第二個暴雨預(yù)報它一定是在某種大的大氣環(huán)流，也就是我們大氣里邊運(yùn)動的總的狀態(tài)的背景下面發(fā)生的。尤其是大家一定經(jīng)常會聽到，如果關(guān)心氣象預(yù)報的話，一定會經(jīng)常聽到所謂的負(fù)熱帶高壓。負(fù)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(fù)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(fù)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，它就產(chǎn)生了很強(qiáng)的對流。那么暖的空氣過來，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。因此向上走的過程里面呢，它就冷卻變成為降水，然后掉下來。所以這個過程整個來講它是一個非常復(fù)雜的一個動力學(xué)、物理學(xué)、和熱力學(xué)方面的一個問題。所以這個暴雨預(yù)報，它是一個難度很大的地方。那么要想做好暴雨預(yù)報，首先要做好監(jiān)測。因此假如我們能夠提高暴雨預(yù)報的能力，實(shí)際上對我們整個國家防災(zāi)減災(zāi)總體能力上來講是提高了一步。那么到底我們怎么去做好暴雨的監(jiān)測？這是我們非常關(guān)注的一個問題。

我想下面呢，就我們目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展到什么程度，我給大家做一個介紹。我首先講一下暴雨是怎么形成的？暴雨我們通常來講有三種，一種我剛才講的梅雨鋒暴雨。第二個就是臺風(fēng)，或者比臺風(fēng)強(qiáng)度低一些的，我們就叫做熱帶氣旋。第三種，我們夏天經(jīng)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。那么暴雨怎么會形成？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，這個水氣怎么從下面送到上面去？所以一定要有上升運(yùn)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。那么大家知道，從來沒有說是開了玻璃窗來乘飛機(jī)的。為什么？因?yàn)轱w機(jī)飛到高空的時候，玻璃窗外面是零下幾十度。所以飛機(jī)在高空里面飛的話，一定是密封的。它一定要確保飛機(jī)里邊，達(dá)到我們?nèi)梭w舒適的溫度和濕度。所以當(dāng)我們暖濕的空氣爬升上去的時候，它一遇到冷馬上就凝結(jié)成水滴。如果這個水滴大于我們的上升運(yùn)動，造成的這樣的一個托的力量，那么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(qiáng)的上升運(yùn)動。第三個條件，就是穩(wěn)定。什么叫穩(wěn)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。這樣子就在大氣里邊就引起翻騰，冷的要下來，暖的要上去。這引起一翻騰以后它就造成了很強(qiáng)的上升運(yùn)動，因?yàn)榕諝庖郎先?，冷空氣要下來暖空氣上去。這個暖空氣一上去以后它就造成了我剛才講的，遇到冷以后它就會凝結(jié)。凝結(jié)以后就變成水滴，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。那么我剛才講了，1998年7月21號在武漢引起這么大的暴雨，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(qiáng)的上升運(yùn)動。那么我們想想看，它在三天時間里邊把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，大氣里邊一定是非常地不穩(wěn)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，這樣就像我們水里一樣，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(yùn)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。所以這就像水里面燒開水一樣，燒開水你仔細(xì)看，這個水里邊就拼命地在那里翻騰。大氣其實(shí)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。

第二個臺風(fēng)，比臺風(fēng)強(qiáng)度弱一點(diǎn)的我們就叫熱帶氣旋。那么這兩個一個是弱一點(diǎn)的小弟弟，一個是大一點(diǎn)的老大哥。僅僅是這個差距，它在結(jié)構(gòu)上基本上非常地類似。我們現(xiàn)在從我們衛(wèi)星角度上來講，我們可以非常正確地觀測這個臺風(fēng)。這個就是從衛(wèi)星上看到的臺風(fēng)，我們可以看，這個臺風(fēng)有非常強(qiáng)地螺旋狀的云帶。也就是說它的氣流從外邊卷到里邊，這就是臺風(fēng)。卷到里邊所以中間有個叫臺風(fēng)眼。藍(lán)的可不是云，恰恰是好天。所以中間有一個臺風(fēng)眼，那么臺風(fēng)眼什么樣子的呢？其實(shí)老一些的同志很有經(jīng)驗(yàn)，以前我們家里邊有個水缸，我們小孩子小時候都喜歡拿個竹竿，在這個水缸里，“啪”一攪。一攪它就轉(zhuǎn)起來，因?yàn)橹虚g會空，水會掉下去。兩邊的水會豎起來的，這就是和臺風(fēng)一樣的。你看這個中間沒有水，它掉下去。水就在邊上，臺風(fēng)就是這樣子。所以臺風(fēng)它是空氣里面一個強(qiáng)烈的渦旋，就像我們拿個竹竿在水缸里面攪一攪一樣。當(dāng)然這個不是說上面有個上帝在那兒攪，它就是因?yàn)槟撤N大氣的條件，使得整個的大氣在那里旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)得越來越快，到最后它就像我們在水缸里面一個棍子在那里攪拌一樣。所以這個臺風(fēng)它的結(jié)構(gòu)就是這樣的，所以我們稍微有一點(diǎn)點(diǎn)以前生活經(jīng)驗(yàn)的同志你同他一講他很能理解什么叫做臺風(fēng)眼。這個其他地方都降水，這里怎么是好天？就是這個道理。

那么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(diǎn)點(diǎn)冷空氣來，這個地面上非常熱的空氣就一下子就抬升上去，抬升上去以后凝結(jié)就變成了暴雨。而這種暴雨下的時間短，范圍小，和我剛才講的梅雨風(fēng)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(jié)過渡的時候，由春季到夏季南方一定經(jīng)歷過這個時期。第二種就是臺風(fēng)引起的暴雨。臺風(fēng)引起的暴雨就是這個臺風(fēng)一來，暴雨就來了。臺風(fēng)一走，暴雨就走了。第三種那我們北京也經(jīng)常會下，下個長一點(diǎn)兩個小時，短一點(diǎn)一下子閃過，那么這種就是熱對流引起的暴雨。

那么我下面講這個暴雨怎么監(jiān)測？你怎么去看暴雨？我剛才給大家講了一個現(xiàn)象，講了一個為什么會造成這樣的暴雨。那么這個暴雨的監(jiān)測，現(xiàn)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?？赡苣昙o(jì)大一點(diǎn)，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(fēng)標(biāo)，然后幾個百葉箱，這就是氣象站。現(xiàn)在可大不一樣，現(xiàn)在我們氣象上的裝備從衛(wèi)星、雷達(dá)到計算機(jī)。我們常規(guī)監(jiān)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(shè)備。氣球一放，這個儀器設(shè)備就上去了。它就把氣壓、溫度、濕度測下來，然后通過無線電傳下來。那么下面接收這個叫探空，那么這個設(shè)備可以說已經(jīng)幾十年了。第二個我給大家看的是雷達(dá)。我們以前一般的雷達(dá)它沒有用多普勒雷達(dá)的原理，這個我就不深講了，以前的雷達(dá)只能看到云的回波。因?yàn)槔走_(dá)的無線電波發(fā)射出去，一碰到云里的水滴它就反射。那么你就接收到，這就是回波。那么這里面有水滴，那么回波就強(qiáng)。說明這個云越厚，也就是里面的水滴就越大。那么以前就是用一般的雷達(dá)只能測到這個，多普勒雷達(dá)和它的差別在哪里呢？由于用了多普勒的原理，我還可以測到云里面的風(fēng)是怎么樣的？云里面上升氣流多強(qiáng)？它是吹的南風(fēng)還是北風(fēng)？今后我們發(fā)展到極化雷達(dá)，雙極化雷達(dá)，我不但能夠測到它的風(fēng)多強(qiáng)？我還能測到云里邊究竟是冰還是水？還是其他的物質(zhì)？所以現(xiàn)在的手段和二三十年以前比，那是完全不能比?，F(xiàn)在的雷達(dá)、衛(wèi)星、還有其他的一系列的手段，都給我們氣象預(yù)報提供了充分的信息。

我現(xiàn)在重點(diǎn)介紹衛(wèi)星和多普勒雷達(dá)如何去監(jiān)測我們的暴雨，也就是近代的手段如何去監(jiān)測暴雨。那么能夠監(jiān)測暴雨一定也能夠監(jiān)測臺風(fēng)、能夠監(jiān)測其他的天氣現(xiàn)象。我現(xiàn)在就以這個為例，這就是目前所有的衛(wèi)星，大體上就是沿著這個軌道走的。氣象衛(wèi)星大體上分兩類：一類就是沿了極軌走的，我們叫極軌衛(wèi)星。另外一類就是同步衛(wèi)星，它一直在同一個位置上。原因是它轉(zhuǎn)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(wèi)星是繞著極地轉(zhuǎn)的，所以氣象衛(wèi)星有這么兩種。那么我們國家現(xiàn)在這兩種衛(wèi)星我們國家都有，我們現(xiàn)在有一個叫“風(fēng)云1號”，有一個叫“風(fēng)云2號”。那么“風(fēng)云1號”就是極軌衛(wèi)星，“風(fēng)云2號”就是同步衛(wèi)星。那么我們現(xiàn)在呢，基本上在我們頭頂上一直保留了保持著這樣兩種衛(wèi)星在那里運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是我講的，這就是“風(fēng)云1號”。這就是中國的“風(fēng)云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(dá)同時觀測一個系統(tǒng)計算到的一個流場。這是用雷達(dá)觀測到的，從雷達(dá)觀測到的來講，這是強(qiáng)的回波。這個回波就說明這個是個雨帶，這個就是我們用多普勒雷達(dá)觀測到的風(fēng)場。那么我們可以看到，我們現(xiàn)在用雷達(dá)可以觀測到這么細(xì)微的結(jié)構(gòu)。這個細(xì)微的結(jié)構(gòu)我們用常規(guī)的看不到，原因是什么？我剛才給大家看的那個常規(guī)的天氣，探空站也好、雷達(dá)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？通常的范圍在一百公里左右，我們大家可以想像，我們就像去捉魚一樣，如果我們魚網(wǎng)網(wǎng)眼很大，而這個魚很小，大家想想看，我用大網(wǎng)眼的漁網(wǎng)能不能抓到小魚？就絕對抓不到的。小魚一定會在網(wǎng)眼里邊漏掉了，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，我怎么能看到它呢？我一個氣象站在這里，一個氣象站這里，這個暴雨系統(tǒng)就比它小，就在這里漏過去了。如果用兩部雷達(dá)同時觀測，我就可以抓到了。所以為什么我們要用這樣兩部、三部雷達(dá)去同時觀測呢？就是因?yàn)槲覀兂Ｒ?guī)的觀測是看不到的，只有這樣子看才能看到。

那么暴雨今后會怎么發(fā)展？暴雨今后大體上到2025年的時候，我們的數(shù)值模式它的水平的分辨就一公里，一公里什么概念呢？我們北京這個區(qū)域，我們每一個點(diǎn)，一個點(diǎn)到一個點(diǎn)距離只有一公里。我剛才講了，我們現(xiàn)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(diǎn)和一個點(diǎn)的觀測的距離只有一公里，也就是說，這個街道到那個街道它之間有什么差別？我都可以在計算機(jī)里面算出來。在20年以后，我們就可以達(dá)到這樣的水平。我們到那個時候，我們的地球的靜止衛(wèi)星已經(jīng)高分辨到什么程度？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(dá)可以做到雙極化的雷達(dá)，我不但可以看到風(fēng)、而且看到云里邊是冰還是水、在什么高度都可以看出來。那個時候我們有地球的低軌衛(wèi)星，通過這個低軌衛(wèi)星可以給出全球的風(fēng)場。海上面怎么得到風(fēng)場？海上你沒法去觀測，現(xiàn)在我們通過低軌衛(wèi)星，可以把全球的風(fēng)場全部給出來。我們可以用空間衛(wèi)星去觀測雷暴，雷暴在什么地方發(fā)生？精度可以達(dá)到一百米。我們到那個時候，可以通過其他的設(shè)備，可以看到整個的大氣里邊精細(xì)的三維風(fēng)場的結(jié)構(gòu)。我們今后可以做三十天的預(yù)報。所以再過二十年，整個的氣象事業(yè)的發(fā)展、氣象科學(xué)技術(shù)的水平的發(fā)展，隨著計算機(jī)、電子學(xué)科的發(fā)展以及我們氣象科學(xué)本身的發(fā)展，將會有一個非常大的變化。到那個時候我們的預(yù)報水平，三天里邊的預(yù)報大概正確率絕對不會低于90%。所以從這個角度上來講，我想我們的氣象科學(xué)和現(xiàn)在比，就像我們現(xiàn)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！