台风就是夏季的“天气刺客”。
最近,2023年第六号台风“卡努”赚足了沿海人民的关注度。在一天中连升两级之后,超强台风“卡努”的路径却依旧扑朔迷离,就连“萌台”中央气象台也在微博上说:“卡努”真是个让预报员头痛的台风,目前路径预报不确定性大!
事实上,台风路径预报本是个世界性难题。现在,我国路径预报的误差,已由过去的200公里缩小到70公里,跻身世界先进水平。
那么,台风路径究竟是怎么预测的?预报员为什么感到太难了影响台风路径的幕后推手又是谁?
从“手工”分析到数值预报
台风路径是模型算出来的
远在赤道附近的洋面,随着温度逐渐升高,风与风之间相互碰撞,形成上升气流,积雨云不断发展。其又释放出大量热量,使得海面附近的气压不断降低。陆续增大的积雨云聚集成团,转化为热带气旋。于是,一场称之为“台风”的风暴正在悄然酝酿之中……
此后,这个“大家伙”怎么走位,到底要去哪儿都会牵动人心。你看到预报说一会儿登陆福建一会儿又改成广东,似乎变化多端。但实际上,这寥寥几句的文字描述,都是经过计算出来的。
我们到底是如何“未卜先知”的?
在浙江省气象服务中心高级工程师阮小建的电脑上,一个个呈现着白蓝相间云图的数值天气预报服务平台引起了56之窗资讯网 记者的注意,一组组有关台风的数据清晰可见。
“目前主流的方法,是通过从世界气象组织旗下的几个数值天气预报中心,在获取到特定时刻的全球气象观测数据后,将气象数据输入到数值预报动力天气学物理模型中,进行计算,推导出未来不同时刻全球三维的大气环流状态。”阮小建说,世界气象组织要求各国气象部门在每天北京时间8点(世界时0点)和20点(世界时12点),同一时刻开展全球不同地点的立体化气象观测,用于全球气象数据交换。
气象专家一般会将热带气旋中大气压最低点作为台风中心位置(即台风眼)的标志性参数,再结合风向、风速等其他参数,从而判定台风中心位置和未来路径。
当然,在台风路径预测上,各国并不统一。
目前欧洲、日本、美国等国各有各的模型,我们中国也有自己的数值预报模型。在我们国家还有一种叫台风路径集成预报模型更受预报员欢迎,因为它的预报平均误差更胜一筹——就是在综合各家意见的基础上,根据各家前期对预报台风路径预测的准确率,配比未来台风路径预报权重系数,从而形成一种综合的台风路径预报计算模型。
“随着对天气形成原理认知提升,卫星、雷达数据的广泛应用,全球气象观测水平和观测密度不断提升,以及不断增强的巨型计算机计算能力,目前,我们对台风路径的预测误差已可以缩小至70千米以内。” 阮小建说。
相比如今的数值天气预报,过去的台风路径预报,全凭预报员的个人经验作出的延伸预报,属纯“手工分析”。
“你能想象吗?最早的时候地面、高空气象图都是手绘的!”浙江省气候中心高级工程师毛燕军今年56岁,30多年前他刚工作时,台风没有名字,还只有编号。当时的气象技术十分有限,卫星云图的图像要好几个小时才更新一次,而且照片都需要人工洗出来。
“现在,高阶气象卫星能清晰地显示台风中心位置、强度,卫星云图每半小时或1小时就更新一次,还有各种加密观测,台风的预警时间也大幅度提前。”毛燕军说,各种监测手段,犹如编织了一张“天网”,能把台风的一举一动尽收眼底。
原来幕后推手是它:
这位又爱又恨的“大佬”
“你玩过陀螺吗?”说到台风的移动,阮小建突然问了56之窗资讯网 记者这么一个问题。在他看来,玩陀螺时,给它一鞭子,它才会向某个方向移动和加速,而当陀螺稳定时,它则大多是停在原地。台风也是如此。
无论是循规蹈矩,还是“魔鬼步伐”,台风自出生到消亡的生命过程中,有引路的“贵人”、有拦路的“老虎”,也有“队友”的相爱相杀,最终成就每一个台风独一无二的个性。
总而言之,受自身结构以及副热带高压、南亚高压、冷空气、西风槽系统,以及多气旋相互作用等外部多种因素相互影响,台风并不能随心所欲地走位——这些外部环境因素,正像是抽在台风身上的“鞭子”。因此,台风一出生便是“身不由己”的。
“副热带高压可以说是台风又爱又恨的摆渡人。”阮小建打了个比方。
副高是夏季亚太地区大气环流的主导者之一,南方的一切天气行动都得听从它的号令,台风那么强,也得听它的!
它边缘气流的走向,决定了台风未来的移动方向。这气流就像一条奔腾的河流,而台风就像是在河中行进的船,虽然台风会因自身的内应力产生朝某个方向移动,但这个动力几乎可以忽略不计,台风只会乖乖地听从副高的调遣,或西行或西北行,亦或是北上转向。
如果副高很稳定,台风就比较“听话”。但实际情况往往不是这样,副高东退、西伸、北抬、南落以及断裂、合并等,都会相应地影响台风的走位。因此,在气象专家看来,要想准确预测台风移动路径,报准“副高大佬”的动态是关键。
拿 “卡努”来说,原以为“瞄准”浙江而来的它,突然就来了个急刹车,偏转角度北上,移动也变得慢吞吞。究其原因,还是在于处于其北面的副高开始撤退,令原本方向明确的它,一时之间也无比“迷茫”了起来。
“目前大陆高压和太平洋上的副高连成一片,在北方形成高压坝,但未来受弱冷空气侵入,高压坝就此将出现断裂,于是副高就会向东撤退。这样,原本一路西行的台风将进入一处‘三不管’地带。说到底,再强大的台风它也就像个孩子,没有了领路人,它都不知道何去何从了,它放慢脚步,左顾右盼。经过各个天气系统的一番较量后,最终海上的副热带高压拔得头筹,又成为了‘卡努’的领路人,‘卡努’就沿着副高的边缘北上转向了。”阮小建用一种拟人化的手法,形象描绘出了“卡努”未来几天的“心路历程”。
在阮小建的印象中,去年对台风“轩岚诺”的“V型”路径的准确预报,就与对副高的精准预报密不可分。
前期,“轩岚诺”受到其北侧带状副高的影响,“轩岚诺”稳定西行,当走到台湾以东洋面后,副高断裂成东西两段;此时,原先引导它的海上副热带高压减弱东撤,不带它玩了,于是“轩岚诺”只好改换门庭,拜了其西侧大陆副高的码头,听从它的号令拐弯南下;而之后随着大陆副高的周期性减弱和海上副高的周期性增强,海上副高重新夺回对“轩岚诺”的控制权;此后,“轩岚诺”在海上副高西北侧东南气流的引导下调头北上转向,于是走出了一个 “V”型魔鬼步伐。
“对‘轩岚诺’路径每个细微变化都预报出来了,除了得益于对副高变化的精准预报,也有点好运气的加持。”阮小建笑着说。
AI、超算逐渐落地
“天有可测风云”不再是梦想
据公开的资料显示,2001年之前,我国仅开展台风48小时预报业务;2003年,我国24小时台风路径预测误差为190公里,约等于台湾海峡北口宽度;2022年,这一误差已缩减到70公里左右。
无论是常规路径还是奇异路径,每一个台风都不可能只受到一个系统的影响。正是在多系统共同作用下,台风变得行踪不定、难以捉摸,给预报工作带来极大挑战。
目前,我国的天气预报采取统一发布制度,台风路径预报也不例外。而在官方预报之外,社会上AI、超算等诸多科技感满满的力量也逐渐加入到台风路径预报队伍中来。
AI技术,特别是大模型的发展,其辅助天气预测的实际应用逐渐落地。
上海人工智能实验室(上海AI实验室)基于原创研发的风乌气象大模型对今年第5号台风“杜苏芮”路径进行预测,实现了准确预报。
基于7月21日-7月27日多个起报时刻预报路径及台风实际路径对比,风乌提前24小时误差值为38.7公里,精确度优于气象预报国际权威机构欧洲中期气象预报中心(ECMWF)的54.11公里,美国国家环境预报中心(NCEP)的54.98公里;提前120小时预报数值对比显示,风乌误差值为121.4公里,明显优于ECMWF的293.8公里以及NCEP的826.5公里。
据之江实验室智能超算研究中心高级研究专员张峻溪介绍,运用传统方法,通常预报3天的气象结果,需模拟几个小时,对未来一天的天气预报,也需要一两个小时;而AI参与气象预测工作后,针对某个特定的预测需求,在计算模型训练好之后,仅用几秒钟就可以完成推理任务。此前,《自然》刊发的一篇论文显示,气象AI大模型在单GPU上,仅需要1.4秒就可完成5天的关键气象参量的有效预报。
“具体到台风路径预测中,AI技术可以极快速地计算出台风风眼的未来位置,提高预测的时效性。借助超算的算力,AI算法还可以同时运算几十上百个集合预报任务,将这些预测任务的结果进行分析归纳,从而提高预测的准确性。”张峻溪说。
任何事物都有其发生、壮大及衰亡的过程,台风也无出其右。人类对天气的认知正在逐步深化。在阮小建看来,随着这些AI预测模型的成熟,未来或许同样有望纳入预报的业务化体系中,让“天有可测风云”不再是梦想。
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