郑州“看海” | 极端天气为何难以被准确预报

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01 郑州居民进入“看海”模式

2024年7月8日,郑州遭遇极端降水,城市多个低洼地区积水严重,居民生活受到影响  。

郑州居民进看海模式

 2024年7月8日,郑州经历了一场突如其来的极端降水事件。从7日晚间开始,持续不断的降水使得该市金水区等多个低洼地区的街道积水严重。8日上午,国基路附近的街道情况尤为严重,居民们甚至形容自己的小区已经进入了“看海模式”。此次极端天气事件不仅对居民的日常出行造成了极大影响,也引发了对城市内涝问题的关注和讨论。

郑州居民进看海模式

02 越来越猛烈的暴雨 为何难以被准确预报?

近年来,暴雨这个关键词越来越频繁地出现在热搜上,也切实发生在我们的生活中。

  从1961年到2023年,我国平均每年要发生38次暴雨过程。从数据看,极端降水发生频次和强度增加显著,短历时降水破纪录事件趋频。

  越下越大的暴雨,造成的影响及其引发的内涝、山洪、泥石流等次生灾害愈加明显,不断向政府和公众提出新的应对命题。气候变化背景下,暴雨趋势走向怎样?技术不断进步,为何暴雨预报不能做到“百发百中”?

  极端降水趋频

  我国是一个多暴雨的国家。雨带在辽阔的地域从南向北推进,造就了不同区域不同类型的暴雨——华南前汛期暴雨、江淮流域梅雨锋暴雨、华北低槽和低涡暴雨……主要集中在5至8月汛期的暴雨,强度大、极值高、持续时间长、范围广。

     暴雨这个刻板印象中的南方“特产”,在北方似乎也越来越常见。

  国家气候中心首席预报员郑志海说,近年来,东北、华北等地夏季降水处于偏多的年代际背景下,尤其是华北地区,2016年以来有7年降水偏多。

  其中一些极端事件,更让人印象深刻。2021年7月河南发生特大暴雨灾害,郑州气象观测站以201.9毫米的小时降雨量突破我国大陆有记录以来的历史极值。去年夏天,受台风“杜苏芮”残余环流影响,京津冀等地出现暴雨过程,多地受灾。

  “全球变暖带来的大气含水量升高、城市热岛效应加剧等,将增加城市极端暴雨的频次和强度。”中国气象局武汉暴雨研究所总工程师万蓉说,虽然变暖会减少热带气旋数量,但会增加其强度和随之带来的降雨。

  可以说,极端强降水发生的风险增大,已经从学术研究走向我们将长期面对的现实。

  难以精准模拟

  难以捉摸的落区、出人意料的降水量,常是暴雨致灾的重要原因。技术发达的今天,暴雨仍无法被准确预报在几点几分下、下在哪个区,让许多公众感到难以理解。

  影响暴雨发生发展的因素繁多且复杂,风云变幻的过程和影响很难被精确量化。从事暴雨研究多年的武汉暴雨研究所暴雨数值预报研究室主任周志敏,将暴雨数值预报模式过程比作解一个巨大的方程组。

  “卫星、雷达等各种探测数据进行同化后,进入方程组得到一个初始解,然后不断迭代。”周志敏说,由于目前对暴雨物理过程的认知并不完整,因此方程组无法准确描述这些自然现象及相互作用。

  一方面方程组还不能完全准确反映暴雨发生发展的实际过程,且在这个庞大的方程组里,未知数的个数远大于方程数量,无法算出定解。另一方面,带入这个方程组的未知数,即影响暴雨各因素的实际数值,也很难被准确观测。

  “沿海和梅雨锋暴雨的雨滴形状其实不同,沿海小雨滴多,梅雨锋雨滴直径要大一些,但在模式里看不出这些差异。”周志敏说,这些细节也是影响突发性、局地性暴雨预报准确率的关键。

  有着近20年预报业务经验的武汉中心气象台首席预报员钟敏认为,突发性、局地性、极端性暴雨仍是预报瓶颈。“数值预报模式还有优化空间,实时观测资料不充足也限制了短临预报提前量的提升。”钟敏说。

  事实上,在暴雨机理和预报的研究上,科学家们一直在回答是什么、为什么、怎么办的问题。“暴雨发生时的真实状态是什么?什么原因、哪些因素在起主导作用?后面它会怎么发展?我们一直在围绕这三个问题开展研究。”万蓉说。

  向微观深入

  在位于湖北咸宁的中国气象局长江中游暴雨监测野外科学试验基地,风廓线雷达、激光雨滴谱仪、云高仪等设备实时捕捉不同高度大气状态风的物理参量、雨滴形状、云底高度等。约300公里外的大洪山试验基地,更是分别在海拔211米、515米、985米、1050米布设多种气象观测设备,试图为暴雨的形成演变描绘清晰画像。

  目前我国从地面、雷达、卫星遥感和探空等多个维度开展暴雨观测体系建设。据统计,全国气象部门地面自动站共计76245个,气象卫星9颗,新一代天气雷达252部,X波段天气雷达294部,风廓线雷达225部,探空站120个。

  观测要素内容和范围精度的提升,让一些此前的认知盲区被揭开。

  “观测资料更精细后,我们发现在一公里以下有一支低空急流,尺度在几十到一两百公里之间,其出口处通常就是强降雨中心。”武汉暴雨研究所研究员汪小康说。

  对暴雨预报这个世界级难题来说,更精确的观测、更深入的机理研究一直是学界和业界共同面临的难点和努力方向。

  “暴雨的环境场怎么配置、动力场和热力场是怎么的、水汽条件和地形特征怎样等,它们相互影响从而产生不确定性,所以我们需要深入到微观去研究分析。”万蓉说。

  专家表示,除提高预报预警准确率外,应对暴雨还需提高水利、防汛设施水平,推进韧性城市建设,全面提升防灾减灾救灾能力。

03 邱爱军、白玮、关婧:破解“城市看海”国外城市都有哪些招儿?

编者按:

城市让生活更美好,但同时城市也不断在经受灾难与挑战的考验,城市不仅要应对传染病、地震、暴雨、火灾等突发性灾难,还要应对环境污染、交通拥堵、基础设施不足等种种压力与挑战。越来越多的人们认识到通过建设“韧性城市”来系统化解风险、抵御灾害、应对挑战的重要性。作为新型城镇化高端智库,中国城市和小城镇改革发展中心近年来一直保持着对“韧性城市”持续深入的观察、研究,于此背景下,我们特推出“韧性城市专题”,对相关问题进行探讨并与读者分享。

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本文来源:《中国改革报》2018年7月30日

作者:邱爱军(国家发展改革委城市和小城镇改革发展中心副主任、研究员),白玮(国家发展改革委城市和小城镇改革发展中心副研究员),关婧(国家发展改革委城市和小城镇改革发展中心国际合作部)

导读

2018年,城市人口占世界人口的55%,到2050年,预计将有68%的人口居住在城市地区,世界城市人口将增长约25亿。随着城市人口的增加,城市不仅要应对地震、暴雨、火灾等“天灾人祸”的急性冲击,还要应对人口和空间扩张加剧环境污染、交通拥堵、基础设施不足等慢性压力。这些问题都将影响城市居民的幸福和福祉,也给全球环境的可持续性带来前所未有的挑战。

2013年,洛克菲勒基金会在全球发起“100韧性城市”挑战赛,致力于帮助全球城市以更强的韧性应对城市化、全球化和气候变化的挑战,增强城市中个人、社区、企业和系统在面对冲击和压力时生存、适应和成长的能力。四川德阳市、湖北黄石市、浙江义乌市经过与全球1000座城市的角逐,入选全球“100韧性城市”。国家发改委城市和小城镇改革发展中心作为项目战略伙伴,参与“100韧性城市”的战略研究、试点指导、方法研讨,推广实践韧性城市建设理论和方法。

全球“100韧性城市”平台上汇聚了全世界100座城市的经验和做法,为了让更多的城市了解韧性城市建设方法和路径,城市中心可持续城市研究院与本报合作特别开辟此专栏,和大家共享“100韧性城市”的经验与实践。

郑州居民进看海模式

受暴雨影响,海口部分路段积水严重,交通受到严重影响。新华社记者杨冠宇摄

入汛以来,我国多座城市遭遇连续强降雨,部分城市又出现了“城市看海”的情景,城市内涝及洪水应急减灾成为城市居民和管理者共同面对的难题。为此,我们挑选了国外城市应对内涝及洪水,提高城市应急减灾的韧性案例,希望对国内城市有所启发。

纽约:多渠道发力缓解洪水危害

随着越来越不可预测和极端的降雨频发,加上城市雨洪系统老化等问题,大规模、高强度的降水引起市区及排水不畅地区突发洪水,导致纽约市交通瘫痪、房屋和建筑损坏以及人员伤亡。纽约市的一些社区,包括皇后区、史坦顿岛、布朗克斯区和布鲁克林区,都容易发生洪水和排水问题。为了缓解洪水危害,纽约市基于水循环理念,采用实施小规模分散项目的方式,对水资源进行整体管理和利用。

建设绿色基础设施提高水资源利用。纽约市自20世纪90年代以来在水资源利用管理方面投入了大约17亿美元,但纽约市不是完全依靠昂贵的、能源密集的传统工程控制来捕获雨水径流,而是采用绿色基础设施和智能设计,对城市社区雨水进行综合管理,如建造和维护路边花园(也称为生物沼泽和雨水绿色街道)、用渗透性强的材料铺路等,在雨水进入污水系统之前吸收雨水。

鼓励社会资本参与绿色基础设施改造。纽约市通过评估实施市政设施建设绿色基础设施的机会,制定鼓励更多私人投入雨水收集设施改造。一方面,纽约市扩大现有的绿色基础设施补助计划,另一方面,评估并建立私有房产雨水收集改造激励计划,还专门设立机构研究怎样加强并提升现有雨水收集系统的有效性。

智慧“洪水地图”助力居民未雨绸缪降低房屋损失。纽约市的老城区如皇后区、布鲁克林等为水灾高危区,房屋业主一般都购买洪水保险应对灾害损失。2017年,由于洪灾严重,洪水保险费用激增,涉及民众达到6万人。对于1987年前建造的房子来说,之前的保险已经不适用了,因为此类保险的保额已经达到了标准保险金的上限。联邦政府修订了纽约市洪水地图,可以登陆“纽约洪水求助”(FloodhelpNY)网站,只需填写建筑地址、房东邮箱,就能查到房子的地址以及当前房产面临的洪灾风险。居民可以根据最新“洪水地图”调整保险。如果业主符合低收入标准,且房屋危险程度较高,还可以获得一次免费的房屋检查服务。

亚特兰大:智慧技术模拟暴雨影响,提高第一响应效力

亚特兰大市位于美国东部,土地面积350多平方公里,人口50多万,大市区人口500万,是佐治亚州首府和最大的工商业城市。2009年9月,亚特兰大遭遇了百年一遇的强降雨,随后洪水暴发,淹没了住宅、学校,冲垮了桥梁和道路,并造成了人员伤亡。亚特兰大市流域管理部开发了“智慧水务”平台,该系统旨在捕获实时数据并提供对水系统性能的实时反应。智慧水务平台的建立使亚特兰大流域管理部能够为暴雨发生地救援管理团队及其利益相关者提供实时信息,包括位置、图片和损坏评估,以提醒第一响应者。通过将现有的WebEOC技术集成到智慧水务平台中,平台能够将实时信息与受灾地区的历史数据相结合,为第一响应者提供科学有效的恶劣天气事件管理方案。此外,由该计划形成的数据库,还可用来识别潜在的洪水和干旱,以便城市及早应对,减缓灾害对基础设施的损害。

曼谷:洪水整体管理,与水和谐共存

曼谷市位于湄南河下游,市中心距离曼谷湾41公里,受到全球气候变暖海平面上升影响,近年来,湄南河下游发生洪水的概率大幅增加。加之曼谷属于典型的季风气候区,降雨时空分布复杂,又增加了曼谷市发生洪涝灾害的风险。2011年暴雨引发了全国范围内的特大洪水。洪水不仅影响了曼谷,还影响了湄南河流域的大部分工业地区。这场洪水使28个省的900多家工厂受到影响,给泰国制造业造成了沉重的打击。此外,超过2万平方公里的农田遭到破坏,超过800人死亡,经济损失超过450亿美元。为了应对多发的洪水冲击,曼谷采取了“与水共存”的治理方法。“与水共存”是一种更加综合和整体的城市水系统管理方式,而不是仅仅依靠通过硬件基础设施建设抵御洪水的冲击。一方面,曼谷通过建设城市的蓝色和绿色基础设施,改善流域管理,开放空间和绿色区域,最大限度地利用水管理的自然基础设施;另一方面,制定了水利工程计划,例如试验在城市地区使用洪水抵御能力指数确定水利设施的建设规模。此外,曼谷还制定了湄南河流域的流域水管理战略、社区水资源管理计划和城市洪水防御行动。

格拉斯哥:建立排水合作伙伴关系,有效应对暴雨洪水

格拉斯哥是苏格兰第一大城市,位于中苏格兰西部的克莱德河河口,是英国第三大制造业城市,近年来格拉斯哥逐渐发展为欧洲十大金融中心之一,众多苏格兰企业总部设于此。由于地形和气候原因,格拉斯哥暴雨频率较高。为了管理城市降雨以及洪水问题,改善城市水质,格拉斯哥大都会建立了战略排水合作伙伴关系(MGSDP),该机制是由苏格兰环境保护局、苏格兰水务公司、苏格兰相关企业克莱德盖特威和苏格兰运河水道局达成的合作伙伴关系,主要目标是减少洪水风险、改善河流水质、促进经济发展、改善自然栖息地和制定综合投资计划。

该倡议在促进格拉斯哥大都会经济发展,改善自然环境和整合投资规划等方面已经发挥了重要的作用。自2002年以来,MGSDP已经投资超过1.5亿英镑,开发出了有效的管理系统,以减少洪水的风险和洪水对下水道的影响,显著降低了洪水对7000多处房产的风险和影响;通过各种防洪计划保护了数百个家庭和企业;改善和保护了该地区的自然环境。2009年,制定了“洪水风险管理方案”并持续增加对水利和水务的精准投资。2016年,MGSDP为了应对洪水的风险,制定了包括综合下水道网络改善、城市基础设施改造、改善地面渗透条件等24项具体行动方案,有效增强了暴雨和洪水的应对能力。

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原标题:《邱爱军、白玮、关婧:破解“城市看海”国外城市都有哪些招儿?》

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