河南特大暴雨如何形成?人工干预让暴雨分批下可行吗?


7月16日以来,河南多地遭遇历史罕见持续性强降雨,暴雨中心郑州几成泽国。



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图片来源:新华网


为什么河南会出现特大暴雨这种极端天气?能够通过人工降雨来干预吗?我们面临的气候条件有哪些变化?


问题一:这次河南的降水有多强?


我们以郑州为例,一些相关的观测数据显示,降雨最强的时候,郑州1小时降雨201毫米,24小时的降雨量超过了600毫米, 而600多毫米相当于郑州一年的总降水量。


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如果大家对以上数字没有感觉的话,可以看看我们国家的暴雨等级,日降水量超过250毫米,就算是特大暴雨,是暴雨的最高等级,这次郑州远远超过了。


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图片来源:《降雨过程等级》中国气象局发布


问题二:说到这次降水的原因时,专家都提到低涡系统和副热带高压,它们是怎么造成强降水的?


造成这次降水的原因很复杂,不光有低涡和副热带高压。


首先是这次当地有非常强的一个低涡系统,低涡系统一般对应的是辐合上升的区域,而降水恰恰需要非常强的上升运动。


不光是低涡,还有一个非常强的副热带高压,天气学上称之为高压坝,它就相当于一个大坝,挡住了从西向东移动的降水天气系统,让降雨在一个地方持续。


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副热带高压示意图


在我们国家东部,如果华北一直到朝鲜到渤海这一大片范围形成了高压坝,那么一般来说,华北地区都会形成暴雨,因为在高压坝的南侧会形成非常强的偏东风,源源不断地从海上向内地输送水汽。


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台风影响示意图


但是这一次降雨更加强盛的原因是,在它的南侧还存在两个台风,台风的低压中心和副高压的高压中心之间形成了非常强的气压梯度力,会输送比正常高压坝存在时更大的水汽量,所以才能形成极端的暴雨。


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图片来源:http://bzdt.ch.mnr.gov.cn/


另外,因为河南的北部和西部地区处于我国地形第三级阶梯和第二级阶梯交界的区域,所以地形的抬升作用也非常强。


好几个条件加在一块儿,就形成了非常强的暴雨。


问题三:这种极端天气能够预报吗?


这次降雨量确实非常的极端,降雨量达到250毫米以上的特大暴雨一般都会带来各种各样的灾害,洪水,泥石流这样的灾害都难以避免。像这样的极端天气预报准确度取决于它的系统有多大,天气系统越大,那么我们越容易看到它,并且提前很多天就看到它,天气系统越小,比如小范围的瞬时强降雨,反倒是非常难预报。


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这一次天气系统确实比较大,所以它的可预报性还不错,整个气象系统对于这次天气过程预报还是比较准确的。暴雨是一个致灾因子,最终能不能形成灾害与整个社会响应的程度密切相关,如果我们能够对它进行及时响应,那么就可以尽量避免相关的人员的伤亡以及减少经济损失所以,预报只是防灾减灾的第一步。


问题四:网友问:人工干预让雨分批下,免得短时间内降水太多,可以吗?  


这种想法从专业上来说叫“人工影响天气”,人工影响天气确实是最近这些年我们国家发展比较快的一个领域。但是人工影响天气有一定的条件,只有满足条件的时候我们才能略微施加一些影响。


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图片来源:中国天气网青海站


比如说,我们就确实没法做到在晴空变出一朵云出来,然后下大暴雨,很明显不符合物质的守恒的规律。这次的大暴雨我们基本上无能为力,因为它的时间尺度持续好几天,空间尺度了持续上百公里,这样的大规模降水基本上不能通过人工影响天气消除,也不可能把它从一个地方搬到另外一个地方,这个是不现实的。


人工影响天气只能顺势而为,在一定的条件下去做,比如说现在的消雹除雾、人工增雨,都得满足非常苛刻的条件才能做。认为人类能够随心所欲影响天气的想法,应该是表达了一种对“呼风唤雨”这种能力的美好想象和期待,但是在目前条件下并不能实施,在未来很长一段时间可能也不现实。


问题五:强降雨等极端天气的出现变频繁了吗,和全球变暖有关系吗?


全球变暖会带来水循环加快,确实会增加全球降雨。从目前的研究看,全球温度每增加1℃,全球的降水量会增加大概2%到3%,所以各个区域的降水量总体会增加。


但是全球变暖也会带来一个效应,“更干,更湿”,雨季的雨会变得更多,而旱季的干旱会变得更为严重。全球变暖虽然有助于全球总体降水增加,但是在各个区域可能表现为降雨的极端化。这种情况在我们国家可能更为突出,因为我们国家是一个典型的季风区,降水主要出现在夏季,不下则已,一下基本上都是暴雨,所以我们能看到更多的暴雨出现。


问题六:2016年世界气象日主题是“直面更热、更旱、更涝的未来”。当前的全球气候是对这句主题的印证吗?


我们注意到,今年全球的极端天气确实比较多。


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图上均为华氏温度,俄勒冈州的尤金(111华氏度≈43.8摄氏度)、波特兰(112华氏度≈44.4摄氏度)、温哥华(112华氏度≈44.4摄氏度)等地气温大幅刷新了当地的纪录。


前一段时间北美西部地区的温度非常高,很多地方纬度比我们国家东北还要高,理论上这个季节应该是比较温暖舒适的,但是像加拿大一些地方的最高温度超过了49.5℃,造成死亡率大幅度上升。前几天西欧暴雨成灾,德国死亡了大概100多人。我们国家今年的暴雨、龙卷风,沙尘暴、寒潮过程也非常严重。


所以我们感觉极端天气越来越多,在理论上确实也是成立的,因为全球变暖会有助于极端天气的出现,像龙卷风,强台风,暴雨、包括热浪的频次都在增加,是全球变暖在各个区域的体现。


很多人觉得全球变暖好像是一个遥远的事情,实际上我们现在就生活在全球变暖带来的影响当中。


问题七:人类如何影响了气候?我们要如何面对全球气候的变化?


在地球历史上确实出现过很多比现在还要暖得多的时期,甚至在最暖的时候,两极都没有任何冰雪,可以想象那时候要比现在温度要高多少。


但是地球历史上之前所有的气候变化,原因都是地球气候系统的各种相互反馈,是自然原因和自然过程造成的,跟现在全球变暖的原因完全不一样。现在的变暖原因是人类活动排放温室气体所造成的,并且人类活动排放温室气体的速度比自然过程快得多。


我们用南极冰芯里面的二氧化碳浓度来比较,现在的温室气体增加速度是历史上最快时期的上百倍到上千倍甚至上万倍以上,这种速度完全打破了地球气候系统自身的规律,它未来的变化趋势被人类活动所主宰了。


历史上气候变化速度和现在完全不一样,原因完全不一样,最重要的是影响完全不一样。地球历史上的气候变化不管怎么变,跟人类没有任何关系,跟人类文明没有关系,而现在气候变化高度影响人类,所以这是完全不同的一个过程。


目前国际社会应对全球变暖的最主要措施是通过碳减排,包括我们国家正在进行的碳达峰和碳中和等各种行动,这是应对气候变化的一个方面。


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图片来源:丁仲礼院士


还有另一个方面值得关注。


随着各种极端天气的不断出现,我们也要进一步加强对气候变化的适应。也就是说,气候已经跟以前的不一样了,我们不能依然用以前对付气候异常的那些措施和方法对待它。我们要加强这种适应,就需要从基础设施建设、防灾减灾意识的培养、灾害发生之后如何响应等等多方面做出改变,把灾害看成一个链条,从灾害发生之前、发生时和发生后来整体应对,才能达到最大的防灾减灾效果。


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