預警總 “慢半拍”？龍卷風預報是全球公認氣象難題

7月6日晚，湖北東部多地遭遇強對流天氣襲擊。19時至23時，黃石、黃岡、鄂州、咸寧等地出現雷暴大風，53個鄉鎮風力達8至13級，其中2個鄉鎮達到13級，部分鄉鎮出現龍卷風。事故發生后，不少網友詢問：“為什么不提前預警？”

與其他災害性天氣相比，龍卷風是一種少見的局地性、小尺度、突發性強的強對流天氣，其空間尺度很小，且生命史很短，較難被觀測捕捉和記錄。目前對龍卷風監測預警仍是國際上公認的難題。

大家每天看的天氣預報

是怎么算出來的？

現在的天氣預報不再是“看云識天氣”，而是一場“數值預報模式+AI氣象大模型+預報員綜合研判”的協同作戰。

在短期和中初期時效內（1-14天），預報員經常綜合對比各個數值模式的預報，給出最終的天氣預報結論。對于短臨預報（0–3小時），則更多依賴雷達、衛星、高密度自動站、風廓線等分鐘級乃至秒級更新的多源觀測資料，尤其在夏季強對流天氣的預報中作用更為關鍵。

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數值模式（NWP）

數值模式（NWP）是目前短中期預報的絕對主力。它的計算邏輯是把地球大氣切成密集的三維網格點，然后求解描述大氣運動的物理方程組（流體力學+熱力學），計算每個網格點上的溫度、氣壓、風速在未來幾分鐘、幾小時如何變化，一步步算出未來10天的天氣。

現在有10km左右的全球數值模式，也有精細到1km的區域數值模式，北京市氣象局最新研發了“分鐘級，百米級”的高分辨快速更新的數值模式系統。

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AI 氣象大模型

AI模型不求解復雜的物理方程，而是“吃”進去海量的歷史氣象數據（比如過去40年的全球數據），學習“昨天這樣的天氣，明天通常會變成什么樣”的統計規律。

一旦訓練完成，它預測速度極快（幾分鐘出10天預報），且在某些指標上已媲美傳統模式。但是AI模型缺乏物理解釋，且預報中存在“平滑效應”，可能會有極值削弱現象。

目前我國已逐步構建起基于國產人工智能大模型家族，“風雷”（人工智能臨近預報系統）、“風清”（人工智能全球中短期預報系統）、“風順”（人工智能全球次季節—季節預測系統）、“風宇”（空間天氣鏈式人工智能預報模型）等系列氣象預報模型相繼問世，部分核心指標達到國際先進水平。

其中，“風清”模型原創設計了神經狀態轉移架構網絡，其性能已躋身國際第一梯隊；“風雷”作為國內首個具有大氣物理方程約束的短臨預報業務模型，實現3小時預警提前量，雷達強回波預報技巧提升25%，在多次強對流天氣過程中發揮了關鍵作用。

總的來說，依托“數值預報模式+AI氣象大模型+預報員綜合研判”的協同機制，當前24小時城鎮天氣預報準確率可達85%左右，氣溫誤差控制在1-2℃以內，為公眾活動提供了可靠保障。

為什么會覺得天氣預報不準？

極端天氣預警預報難在哪？

有人可能會疑惑，既然24小時城鎮天氣預報準確率可達85%，那為什么一遇到極端暴雨、超強臺風、突發龍卷風等災害性的極端天氣時，總感覺預警似乎是“慢半拍”，甚至“報不準”呢？

事實上，這并非人力可為或不可為的問題，而是極端天氣的發生機理、路徑等比常規天氣要復雜太多，模擬和觀測更是困難重重。我們可以從觀測、模式與機理三個層面來分析：

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觀測的“盲區”與“局限性”

許多極端天氣（如龍卷風、突發性強對流）具有空間尺度小（僅數公里）、生命史短（從生成到消散不足一小時）的特點。

現有的全球觀測網絡在時空分辨率上存在局限，特別是高空觀測（探空氣球，一天2次，站點較為稀疏）難以實現全天候、無死角覆蓋。尤其在高原、山區，觀測站點稀疏，致使系統初生階段的捕捉與監測存在“盲區”。

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預報模式的“分辨率”與“物理過程”瓶頸

盡管數值預報模式不斷進步，但全球模式的網格距通常仍在十公里量級，無法精確解析局地地形（如山谷、城市建筑群）的細微影響。區域高分辨率模式（1-3公里）可部分改善這一問題，但對云微物理、對流觸發等關鍵過程的描述仍不夠精確。

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極端天氣機理復雜，難以模擬

極端降水、冰雹、雷暴大風等強對流天氣，其發生發展涉及多尺度環流配合及復雜的地形-下墊面相互作用，機理極為復雜，模式對其的準確模擬和預報仍是世界性難題。

一

龍卷風產生條件

強對流天氣是龍卷風產生的基本條件。在低空急流較強的情況下，龍卷風發生的概率會大大增加。當垂直方向空氣處于上冷下暖不穩定結構時，高低空風向風速差異使氣流不斷扭轉。強盛的上升氣流持續拉伸壓縮渦旋，云底垂下漏斗狀云體，云體接觸地面，龍卷風就此形成。

龍卷風是一種局地性、小尺度、突發性的強對流天氣，其時空尺度很小，直徑平均在200米至300米，發生至消散的時間在幾分鐘到幾十分鐘。但相比普通大風，龍卷風中心氣壓很低，更容易造成嚴重的災害。

二

龍卷風等級分類

龍卷風主要分為四個等級：一級龍卷風強度弱，對應EF0級及以下；二級龍卷風強度中，對應EF1級；三級龍卷風強度強，對應EF2和EF3級；四級龍卷風強度超強，對應EF4和EF5級。

三

龍卷風發生規律和前兆

目前對于龍卷風的監測預警仍有很大不確定性，不過統計數據顯示，龍卷風發生具有顯著的季節和時段特征。

1.季節：在我國，春夏為龍卷風多發季，發生龍卷風數量占全年的90%以上，其中7月占比最高，將近三成，這與春夏季節冷暖空氣交匯頻繁、大氣對流活動強烈密切相關。

2.時間：龍卷風在一天中的任何時間都可能發生，但以午后發生最多，下午三點至四點為高發時段。

3.地域：平原是龍卷風相對高發的地區。在我國，長江中下游平原、珠三角、東北平原、華北平原等地都是龍卷風發生較多的地區。

龍卷風生成和消亡迅速，常與雷暴、冰雹和暴雨等強對流天氣系統相伴出現，甚至可以出現在臺風系統中，公眾可多留意積雨云、電閃雷鳴等前兆。

四

遭遇龍卷風，如何避險？

龍卷風突發性強、破壞力大，掌握正確的避險方法至關重要。遭遇龍卷風時，需要大家遵循“就近、就低”避險原則。

來源：孝感廣電綜合湖北應急管理