美国极端天气事件的预测和管理

夏冬冬，任湘湘（编译）

（国家海洋环境预报中心，北京 100081）

美国极端天气事件的预测和管理

夏冬冬，任湘湘（编译）

（国家海洋环境预报中心，北京 100081）

2011年美国共发生12起经济损失达10亿美元以上的极端天气事件，该数字超过了2008年的9起，为有记录以来极端事件最多的一年。总损失超过520亿美元，全年共有1000余人死于极端天气事件。，而极端事件的人员伤亡历史平均数为600人，由于极端天气事件对美国国家和民众造成了极大威胁，美国国家海洋大气管理局（NOAA）认为极端事件是对美国整个国家前所未有的挑战，及时、准确的警报和预报至关重要。过去20年里，美国极端事件发生的频率在稳步上升，气象和水文的事件数量增至过去3倍。

IPCC发布的《极端事件和灾害风险报告》指出：几乎可以肯定21世纪全球范围内每日最高气温上升和最低气温下降的趋势不可避免；热浪、海平面上升发生可能性增大，热带气旋最大风速和暴雨频率都可能增大；而且极端天气事件的影响范围将从局地扩大到地区级。

面对严峻的挑战，NOAA致力于发展包括资料、信息、分析、模型和评估在内的环境保障能力，NOAA过去做了以下几个方面的工作：

（1）发展从天气尺度到气候尺度的环境保障能力

NOAA目前可提供从分钟级到年代级的天气和气候产品及服务。未来重点发展三大类服务：临近预报、极端事件过程追踪和气候预测。

（2）发展综合观测

目前的观测系统包括卫星、地面监测、飞机、船、浮标、气象站、气象塔、探空气球、水下滑行器等。现有的观测系统主要是进行天气尺度上的观测，气候观测要求的长期稳定性和精确性还不能满足；在极端事件中，特别在飓风降水、龙卷风、强雷暴和冰雹一些小尺度事件中，很难获得持续和稳定的观测。

NOAA需要发展用于监测极端事件的新型低成本高效率观测技术。在改进综合观测系统的过程中，NOAA仍将开展一系列的观测系统模拟实验（Observing System Simulation Experiments,OSSEs），通过模型实验来评估观测密度或者布局的改变给预报精度带来的影响，进而确定采取何种观测手段和布局。

（3）有针对性地降低观测的系统误差和统计误差

利用多套相互独立的数据集，采取关键气候变量（Essential Climate Varibles,ECV）技术，制作气候指标变量，每个指标变量都综合了多个独立的资料序列。使用这些复合的资料可以将观测资料的误差降到最低，保证资料的可信性。

（4）制定合适的美国气候极端指标

NOAA推出一系列气候极端指标，通过将极端事件影响范围占全国范围的百分比、极端事件影响时间占全年的比重、极端事件年平均值和历史平均值制作成图标形式，涵盖热浪、寒潮、降雨、干旱、登陆飓风等极端事件。气候极端指标图将帮助公众、商业、政府决策者应对极端天气事件。

（5）解析气候变化规律：为何1970年以来极端天气事件增多？以三个气候极端指标为例。1970年以来全国大部分地区最高气温更高了，小部分地区最低气温更低了，变暖趋势较明显。土壤水指标显示过去10年美国部分地区干旱，同时部分地区湿润，这是历史上从未出现过的现象。单日降雨量超出正常的天数也增加了。

（6）发展综合模型

由于在时间尺度和空间尺度上，极端事件是表现为多尺度上的，数值模拟应当能够适应不同的时间和空间尺度。目前的全球气候模型还无法满足决策者的需求，区域高分辨率模型不但网格更密，并且利用统计技术使得预报准确率更高，以满足不同用户的需要。比如农业部门和水利部门需要季节尺度的产品，基础设施建设需要年代尺度的信息，保险业需要10-30年的气候预报产品。

（7）极端天气事件侦测和归因

NOAA有一系列的团队在进行极端天气事件侦测和归因的研究工作，已取得一定成果。针对不同种类的极端天气事件，NOAA的侦测和归因能力不同。由于具备足够的资料，对热浪及其变化的成因分析就相对较好，而在冰风暴方面，缺乏资料使成因分析相对较差。

（8）辅助决策工具的开发和应用

长期气候预报能够帮助公众、商业部门为将来可能的极端天气事件做好准备。通过开发和应用辅助决策工具，已经帮助美国减轻了洪水和干旱造成的损失，未来社会各界特别是商业部门对气候变化预测工具的需求将会不断增多。

（9）数字海岸（DIGITAL COAST）

NOAA推出了另一个重要的辅助决策工具—数字海岸。主要提供海平面上升的相关资料，用户可以看到海平面上升带来的物理、生物和社会经济影响，为社区和海岸管理者提供帮助。

（10）未来的道路

由于可以预见到全球变暖将加剧、水循环将扩大，美国对环境保障能力的需求将持续提高，对NOAA提出的要求表现在两个方面：一、用户人数不断增多，将产生新的市场，而这些市场由一些商业化运作的公司来开发，而NOAA需要向这些公司提供数据；二、观测数据不断增多，资料同化能力到辅助决策能力都需要一系列技术革新以适应社会需求的不断提高。