文｜魏科（中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員）
近期，北京及我國東部地區(qū)的大風(fēng)天氣引發(fā)了全國高度關(guān)注。北京市氣象臺4月10日10:30發(fā)布的預(yù)報(bào)顯示，“平原地區(qū)陣風(fēng)9~11級，延慶、昌平、門頭溝等區(qū)的部分地區(qū)陣風(fēng)11~13級，山區(qū)局地陣風(fēng)可達(dá)13級以上并伴有沙塵和強(qiáng)降溫天氣”。為此，北京市發(fā)布了近10年首個(gè)全市大風(fēng)橙色預(yù)警。
由于預(yù)報(bào)提前發(fā)布，大家進(jìn)入了“等風(fēng)來”的狀態(tài)，全社會緊急動員起來，很多超市里人頭攢動，蔬菜等商品被搶購一空。但也有部分公眾的感受與實(shí)際有較大差別。4月12日和13日兩天，有一些老老實(shí)實(shí)“宅家”的網(wǎng)友發(fā)現(xiàn)，室外的樹木似乎搖得不夠夸張；有些網(wǎng)友出門后表示“不算大”“沒有什么風(fēng)”“等到現(xiàn)在一直沒啥動靜”……有些人甚至懷疑氣象局的預(yù)報(bào)是“小題大做”。
實(shí)際上，從氣象局發(fā)布的氣象公告顯示，實(shí)際情況與預(yù)測的基本一致。氣象觀測數(shù)據(jù)顯示，北京門頭溝區(qū)的高山玫瑰園站記錄到的最大風(fēng)速為45.8米/秒，相當(dāng)于14級風(fēng)。北京海淀區(qū)12日13時(shí)55分記錄到的最大風(fēng)速為36.7米/秒，屬于12級風(fēng)。這些情況完全符合“陣風(fēng)11~13級，山區(qū)局地陣風(fēng)可達(dá)13級以上”的預(yù)報(bào)。大風(fēng)吹倒了近2000棵樹木，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至4月13日11時(shí)，北京市園林綠化系統(tǒng)第一時(shí)間處置倒伏樹木1884棵、折枝5065處。這次大風(fēng)還帶來了強(qiáng)烈的沙塵活動和明顯降溫。
被風(fēng)吹折的樹。崔雪芹/攝
那么，為何公眾的感覺和實(shí)際有較大差別？這里首先涉及專業(yè)術(shù)語的解讀。氣象預(yù)報(bào)出現(xiàn)13級大風(fēng)，被很多人解讀為一天24小時(shí)都刮著13級大風(fēng)。然而，氣象業(yè)務(wù)中并不是這么認(rèn)定的。
目前，所有觀測站都采用自動觀測系統(tǒng)。觀測站的風(fēng)速測量儀器大約每秒采4個(gè)數(shù)值，即0.25秒就能采集一個(gè)數(shù)據(jù)。在計(jì)算陣風(fēng)風(fēng)速時(shí)，氣象規(guī)范是以3秒鐘的平均風(fēng)速來算，即觀測站在3秒鐘內(nèi)會記錄下12個(gè)數(shù)據(jù)，然后對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行平均。如果一次大風(fēng)過程中有3秒的風(fēng)速達(dá)到13級，就認(rèn)為本次大風(fēng)過程中有陣風(fēng)超過了13級，這和很多人認(rèn)為的“一整天都刮著13級大風(fēng)”當(dāng)然差別很大。
也有人以為，北京發(fā)布全市大風(fēng)橙色預(yù)警了，應(yīng)該是所有地方都達(dá)到橙色級別，這也與氣象業(yè)務(wù)不符合。最大風(fēng)速通常出現(xiàn)在特殊地形區(qū)域。例如，兩山之間的夾縫地帶、山頂高海拔區(qū)域，或者山脈迎風(fēng)突出的高地，這些地方的風(fēng)力尤為強(qiáng)勁。例如，新疆阿拉山口位于阿拉套山和巴爾魯克山之間，每年有超過160天出現(xiàn)8級以上大風(fēng)天氣，是著名的大風(fēng)口。
在本次大風(fēng)過程中，門頭溝的高山玫瑰園站是北京最大陣風(fēng)出現(xiàn)的地方。這個(gè)觀測站就是山區(qū)突出的高地，從高山玫瑰園站向東延伸，便是廣闊的平原區(qū)域。13日13至14時(shí)北京最大陣風(fēng)風(fēng)速出現(xiàn)在延慶區(qū)海陀山頂附近，達(dá)到37.0米/秒（13級）。從延慶的海坨山山頂向下望，延慶區(qū)盡收眼底。這些地方刮起大風(fēng)是意料之中的。
許多人可能會認(rèn)為，大風(fēng)一旦刮起來就會持續(xù)一整天，但實(shí)際并非如此。如果仔細(xì)觀察室外的樹葉或旗子，就會發(fā)現(xiàn)風(fēng)力并非持續(xù)不變，而是呈現(xiàn)出紊亂特征。這種現(xiàn)象在物理學(xué)上被稱為湍流，即風(fēng)力強(qiáng)弱和方向不斷變化，時(shí)而強(qiáng)勁，時(shí)而微弱，時(shí)而向一個(gè)方向擺動，時(shí)而又向另一個(gè)方向擺動。
湍流問題在科學(xué)領(lǐng)域中幾乎是最難解決的問題之一。傳說德國著名物理學(xué)家、量子力學(xué)奠基人海森堡在臨終前曾說，當(dāng)他遇到上帝時(shí)，一定要問兩個(gè)問題：一個(gè)是相對論是什么，另一個(gè)就是湍流是什么。后人對此進(jìn)行演繹，說上帝聽到問題之后，會這樣回答他：“你有兩個(gè)問題，第一個(gè)我有答案，但第二個(gè)……我也不知道?！边@些“段子”說明了研究湍流的難度有多大。
大氣運(yùn)動的雷諾數(shù)遠(yuǎn)超湍流的臨界值，使大氣運(yùn)動呈現(xiàn)湍流的特征，加之大氣中無處不在的風(fēng)切變、熱力對流、地形和地表摩擦，使得大氣運(yùn)動變得復(fù)雜和不規(guī)則。例如，建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)速風(fēng)向有別、1樓和10樓的風(fēng)速風(fēng)向有別，甚至一個(gè)地方上一分鐘還風(fēng)平浪靜，下一分鐘便突然大風(fēng)卷起塵土等。要做到“定時(shí)定點(diǎn)定量”地精確預(yù)報(bào)風(fēng)速風(fēng)向，目前還不可能，尤其是目前天氣預(yù)報(bào)的數(shù)值模式，無論多么“高精度”，都做不到區(qū)分一座建筑兩面、一條街道兩面，甚至做不到區(qū)分山峰兩面的距離，遑論對某個(gè)具體點(diǎn)做“定時(shí)定點(diǎn)定量預(yù)報(bào)”了。
然而，冬春季的冷空氣預(yù)報(bào)依然是天氣預(yù)報(bào)里準(zhǔn)確度最高的。這是因?yàn)槎杭镜睦淇諝夥秶容^大，比如這次過程橫掃我國南北，空間范圍達(dá)到數(shù)千千米。造成這樣的冷空氣活動的中緯度擾動的空間范圍一般都在三四千千米，無論在衛(wèi)星云圖還是在傳統(tǒng)的天氣圖上，都可以清晰準(zhǔn)確識別。對這樣大尺度的預(yù)報(bào)，無論是基于數(shù)值天氣預(yù)報(bào)、人工智能天氣預(yù)報(bào)，還是傳統(tǒng)的天氣圖分析，都可以比較準(zhǔn)確地把握其過程，從而提前數(shù)天做出較準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。
大風(fēng)是一種災(zāi)害性天氣，在我國氣象災(zāi)害歷史上，大風(fēng)造成的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失比比皆是。盡管這次大風(fēng)造成了不小損失，在有些地方還比較嚴(yán)重，但得益于我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的長足進(jìn)步，特別是預(yù)報(bào)預(yù)警水平的提高和完善，加上相關(guān)部門提前部署、全社會積極應(yīng)對，總體上人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全得到了最大幅度保護(hù)，沒有出現(xiàn)重大人員傷亡。這一切都充分體現(xiàn)了氣象預(yù)報(bào)和預(yù)警的巨大價(jià)值。
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