臺(tái)風(fēng)就是夏季的“天氣刺客”。

(資料圖片僅供參考)

最近，2023年第六號(hào)臺(tái)風(fēng)“卡努”賺足了沿海人民的關(guān)注度。在一天中連升兩級(jí)之后，超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“卡努”的路徑卻依舊撲朔迷離，就連“萌臺(tái)”中央氣象臺(tái)也在微博上說：“卡努”真是個(gè)讓預(yù)報(bào)員頭痛的臺(tái)風(fēng)，目前路徑預(yù)報(bào)不確定性大！

事實(shí)上，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)本是個(gè)世界性難題。現(xiàn)在，我國路徑預(yù)報(bào)的誤差，已由過去的200公里縮小到70公里，躋身世界先進(jìn)水平。

那么，臺(tái)風(fēng)路徑究竟是怎么預(yù)測(cè)的？預(yù)報(bào)員為什么感到太難了影響臺(tái)風(fēng)路徑的幕后推手又是誰？

從“手工”分析到數(shù)值預(yù)報(bào)

臺(tái)風(fēng)路徑是模型算出來的

遠(yuǎn)在赤道附近的洋面，隨著溫度逐漸升高，風(fēng)與風(fēng)之間相互碰撞，形成上升氣流，積雨云不斷發(fā)展。其又釋放出大量熱量，使得海面附近的氣壓不斷降低。陸續(xù)增大的積雨云聚集成團(tuán)，轉(zhuǎn)化為熱帶氣旋。于是，一場(chǎng)稱之為“臺(tái)風(fēng)”的風(fēng)暴正在悄然醞釀之中……

此后，這個(gè)“大家伙”怎么走位，到底要去哪兒都會(huì)牽動(dòng)人心。你看到預(yù)報(bào)說一會(huì)兒登陸福建一會(huì)兒又改成廣東，似乎變化多端。但實(shí)際上，這寥寥幾句的文字描述，都是經(jīng)過計(jì)算出來的。

我們到底是如何“未卜先知”的？

在浙江省氣象服務(wù)中心高級(jí)工程師阮小建的電腦上，一個(gè)個(gè)呈現(xiàn)著白藍(lán)相間云圖的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)服務(wù)平臺(tái)引起了潮新聞?dòng)浾叩淖⒁猓唤M組有關(guān)臺(tái)風(fēng)的數(shù)據(jù)清晰可見。

“目前主流的方法，是通過從世界氣象組織旗下的幾個(gè)數(shù)值天氣預(yù)報(bào)中心，在獲取到特定時(shí)刻的全球氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)后，將氣象數(shù)據(jù)輸入到數(shù)值預(yù)報(bào)動(dòng)力天氣學(xué)物理模型中，進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出未來不同時(shí)刻全球三維的大氣環(huán)流狀態(tài)。”阮小建說，世界氣象組織要求各國氣象部門在每天北京時(shí)間8點(diǎn)（世界時(shí)0點(diǎn)）和20點(diǎn)（世界時(shí)12點(diǎn)），同一時(shí)刻開展全球不同地點(diǎn)的立體化氣象觀測(cè)，用于全球氣象數(shù)據(jù)交換。

氣象專家一般會(huì)將熱帶氣旋中大氣壓最低點(diǎn)作為臺(tái)風(fēng)中心位置（即臺(tái)風(fēng)眼）的標(biāo)志性參數(shù)，再結(jié)合風(fēng)向、風(fēng)速等其他參數(shù)，從而判定臺(tái)風(fēng)中心位置和未來路徑。

當(dāng)然，在臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)上，各國并不統(tǒng)一。

目前歐洲、日本、美國等國各有各的模型，我們中國也有自己的數(shù)值預(yù)報(bào)模型。在我們國家還有一種叫臺(tái)風(fēng)路徑集成預(yù)報(bào)模型更受預(yù)報(bào)員歡迎，因?yàn)樗念A(yù)報(bào)平均誤差更勝一籌——就是在綜合各家意見的基礎(chǔ)上，根據(jù)各家前期對(duì)預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，配比未來臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)權(quán)重系數(shù)，從而形成一種綜合的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)計(jì)算模型。

“隨著對(duì)天氣形成原理認(rèn)知提升，衛(wèi)星、雷達(dá)數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用，全球氣象觀測(cè)水平和觀測(cè)密度不斷提升，以及不斷增強(qiáng)的巨型計(jì)算機(jī)計(jì)算能力，目前，我們對(duì)臺(tái)風(fēng)路徑的預(yù)測(cè)誤差已可以縮小至70千米以內(nèi)。”阮小建說。

相比如今的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)，過去的臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)，全憑預(yù)報(bào)員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)作出的延伸預(yù)報(bào)，屬純“手工分析”。

“你能想象嗎？最早的時(shí)候地面、高空氣象圖都是手繪的！”浙江省氣候中心高級(jí)工程師毛燕軍今年56歲，30多年前他剛工作時(shí)，臺(tái)風(fēng)沒有名字，還只有編號(hào)。當(dāng)時(shí)的氣象技術(shù)十分有限，衛(wèi)星云圖的圖像要好幾個(gè)小時(shí)才更新一次，而且照片都需要人工洗出來。

“現(xiàn)在，高階氣象衛(wèi)星能清晰地顯示臺(tái)風(fēng)中心位置、強(qiáng)度，衛(wèi)星云圖每半小時(shí)或1小時(shí)就更新一次，還有各種加密觀測(cè)，臺(tái)風(fēng)的預(yù)警時(shí)間也大幅度提前。”毛燕軍說，各種監(jiān)測(cè)手段，猶如編織了一張“天網(wǎng)”，能把臺(tái)風(fēng)的一舉一動(dòng)盡收眼底。

原來幕后推手是它：

這位又愛又恨的“大佬”

“你玩過陀螺嗎？”說到臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)，阮小建突然問了潮新聞?dòng)浾哌@么一個(gè)問題。在他看來，玩陀螺時(shí)，給它一鞭子，它才會(huì)向某個(gè)方向移動(dòng)和加速，而當(dāng)陀螺穩(wěn)定時(shí)，它則大多是停在原地。臺(tái)風(fēng)也是如此。

無論是循規(guī)蹈矩，還是“魔鬼步伐”，臺(tái)風(fēng)自出生到消亡的生命過程中，有引路的“貴人”、有攔路的“老虎”，也有“隊(duì)友”的相愛相殺，最終成就每一個(gè)臺(tái)風(fēng)獨(dú)一無二的個(gè)性。

總而言之，受自身結(jié)構(gòu)以及副熱帶高壓、南亞高壓、冷空氣、西風(fēng)槽系統(tǒng)，以及多氣旋相互作用等外部多種因素相互影響，臺(tái)風(fēng)并不能隨心所欲地走位——這些外部環(huán)境因素，正像是抽在臺(tái)風(fēng)身上的“鞭子”。因此，臺(tái)風(fēng)一出生便是“身不由己”的。

“副熱帶高壓可以說是臺(tái)風(fēng)又愛又恨的擺渡人。”阮小建打了個(gè)比方。

副高是夏季亞太地區(qū)大氣環(huán)流的主導(dǎo)者之一，南方的一切天氣行動(dòng)都得聽從它的號(hào)令，臺(tái)風(fēng)那么強(qiáng)，也得聽它的！

它邊緣氣流的走向，決定了臺(tái)風(fēng)未來的移動(dòng)方向。這氣流就像一條奔騰的河流，而臺(tái)風(fēng)就像是在河中行進(jìn)的船，雖然臺(tái)風(fēng)會(huì)因自身的內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生朝某個(gè)方向移動(dòng)，但這個(gè)動(dòng)力幾乎可以忽略不計(jì)，臺(tái)風(fēng)只會(huì)乖乖地聽從副高的調(diào)遣，或西行或西北行，亦或是北上轉(zhuǎn)向。

如果副高很穩(wěn)定，臺(tái)風(fēng)就比較“聽話”。但實(shí)際情況往往不是這樣，副高東退、西伸、北抬、南落以及斷裂、合并等，都會(huì)相應(yīng)地影響臺(tái)風(fēng)的走位。因此，在氣象專家看來，要想準(zhǔn)確預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)移動(dòng)路徑，報(bào)準(zhǔn)“副高大佬”的動(dòng)態(tài)是關(guān)鍵。

拿“卡努”來說，原以為“瞄準(zhǔn)”浙江而來的它，突然就來了個(gè)急剎車，偏轉(zhuǎn)角度北上，移動(dòng)也變得慢吞吞。究其原因，還是在于處于其北面的副高開始撤退，令原本方向明確的它，一時(shí)之間也無比“迷茫”了起來。

“目前大陸高壓和太平洋上的副高連成一片，在北方形成高壓壩，但未來受弱冷空氣侵入，高壓壩就此將出現(xiàn)斷裂，于是副高就會(huì)向東撤退。這樣，原本一路西行的臺(tái)風(fēng)將進(jìn)入一處‘三不管’地帶。說到底，再強(qiáng)大的臺(tái)風(fēng)它也就像個(gè)孩子，沒有了領(lǐng)路人，它都不知道何去何從了，它放慢腳步，左顧右盼。經(jīng)過各個(gè)天氣系統(tǒng)的一番較量后，最終海上的副熱帶高壓拔得頭籌，又成為了‘卡努’的領(lǐng)路人，‘卡努’就沿著副高的邊緣北上轉(zhuǎn)向了。”阮小建用一種擬人化的手法，形象描繪出了“卡努”未來幾天的“心路歷程”。

在阮小建的印象中，去年對(duì)臺(tái)風(fēng)“軒嵐諾”的“V型”路徑的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)，就與對(duì)副高的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)密不可分。

前期，軒嵐諾受到其北側(cè)帶狀副高的影響，“軒嵐諾”穩(wěn)定西行，當(dāng)走到臺(tái)灣以東洋面后，副高斷裂成東西兩段；此時(shí),原先引導(dǎo)它的海上副熱帶高壓減弱東撤，不帶它玩了，于是“軒蘭諾”只好改換門庭，拜了其西側(cè)大陸副高的碼頭，聽從它的號(hào)令拐彎南下；而之后隨著大陸副高的周期性減弱和海上副高的周期性增強(qiáng)，海上副高重新奪回對(duì)“軒蘭諾”的控制權(quán)；此后，“軒蘭諾”在海上副高西北側(cè)東南氣流的引導(dǎo)下調(diào)頭北上轉(zhuǎn)向，于是走出了一個(gè)“V”型魔鬼步伐。

“對(duì)‘軒嵐諾’路徑每個(gè)細(xì)微變化都預(yù)報(bào)出來了，除了得益于對(duì)副高變化的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，也有點(diǎn)好運(yùn)氣的加持。”阮小建笑著說。

西湖邊里爾攝

AI、超算逐漸落地

“天有可測(cè)風(fēng)云”不再是夢(mèng)想

據(jù)公開的資料顯示，2001年之前，我國僅開展臺(tái)風(fēng)48小時(shí)預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)；2003年，我國24小時(shí)臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)誤差為190公里，約等于臺(tái)灣海峽北口寬度；2022年，這一誤差已縮減到70公里左右。

無論是常規(guī)路徑還是奇異路徑，每一個(gè)臺(tái)風(fēng)都不可能只受到一個(gè)系統(tǒng)的影響。正是在多系統(tǒng)共同作用下，臺(tái)風(fēng)變得行蹤不定、難以捉摸，給預(yù)報(bào)工作帶來極大挑戰(zhàn)。

目前，我國的天氣預(yù)報(bào)采取統(tǒng)一發(fā)布制度，臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)也不例外。而在官方預(yù)報(bào)之外，社會(huì)上AI、超算等諸多科技感滿滿的力量也逐漸加入到臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)隊(duì)伍中來。

AI技術(shù)，特別是大模型的發(fā)展，其輔助天氣預(yù)測(cè)的實(shí)際應(yīng)用逐漸落地。

上海人工智能實(shí)驗(yàn)室（上海AI實(shí)驗(yàn)室）基于原創(chuàng)研發(fā)的風(fēng)烏氣象大模型對(duì)今年第5號(hào)臺(tái)風(fēng)“杜蘇芮”路徑進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。

基于7月21日-7月27日多個(gè)起報(bào)時(shí)刻預(yù)報(bào)路徑及臺(tái)風(fēng)實(shí)際路徑對(duì)比，風(fēng)烏提前24小時(shí)誤差值為38.7公里，精確度優(yōu)于氣象預(yù)報(bào)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)歐洲中期氣象預(yù)報(bào)中心（ECMWF）的54.11公里，美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心（NCEP）的54.98公里；提前120小時(shí)預(yù)報(bào)數(shù)值對(duì)比顯示，風(fēng)烏誤差值為121.4公里，明顯優(yōu)于ECMWF的293.8公里以及NCEP的826.5公里。

據(jù)之江實(shí)驗(yàn)室智能超算研究中心高級(jí)研究專員張峻溪介紹，運(yùn)用傳統(tǒng)方法，通常預(yù)報(bào)3天的氣象結(jié)果，需模擬幾個(gè)小時(shí)，對(duì)未來一天的天氣預(yù)報(bào)，也需要一兩個(gè)小時(shí)；而AI參與氣象預(yù)測(cè)工作后，針對(duì)某個(gè)特定的預(yù)測(cè)需求，在計(jì)算模型訓(xùn)練好之后，僅用幾秒鐘就可以完成推理任務(wù)。此前，《自然》刊發(fā)的一篇論文顯示，氣象AI大模型在單GPU上，僅需要1.4秒就可完成5天的關(guān)鍵氣象參量的有效預(yù)報(bào)。

“具體到臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)測(cè)中，AI技術(shù)可以極快速地計(jì)算出臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼的未來位置，提高預(yù)測(cè)的時(shí)效性。借助超算的算力，AI算法還可以同時(shí)運(yùn)算幾十上百個(gè)集合預(yù)報(bào)任務(wù)，將這些預(yù)測(cè)任務(wù)的結(jié)果進(jìn)行分析歸納，從而提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。”張峻溪說。

任何事物都有其發(fā)生、壯大及衰亡的過程，臺(tái)風(fēng)也無出其右。人類對(duì)天氣的認(rèn)知正在逐步深化。在阮小建看來，隨著這些AI預(yù)測(cè)模型的成熟，未來或許同樣有望納入預(yù)報(bào)的業(yè)務(wù)化體系中，讓“天有可測(cè)風(fēng)云”不再是夢(mèng)想。

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