横断
穿越气象预报的“迷宫”
横断山脉群
位于青藏高原东南部
包括四川、云南两省西部和
西藏自治区东部
多列南北走向山脉及其附近地区
这里的“七脉七江”组合
是地球上最壮观
最密集的高山峡谷区
也是我国地质灾害发生
最为频繁的区域
更是世界范围内公认
数值预报模式结果不确定性
最突出的区域
准确把握这片区域的天气气候特征
究竟要面对多少难题?
何以破解难题？
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一问
预报到底难在哪儿
踏入气象领域的“迷宫”
在向横断山区气象预报“高峰”攀登前，我们必须对一个重要问题有清楚的认知：准确把握这片区域的天气气候特征，究竟要面对多少难题?
横断山区，同时具有低纬高原、纵向岭谷、青藏高原东南缘破碎地形等独特地理位置和地形地貌，地处南亚季风和东亚季风的交汇带。这些特征可让每一位身处其中的气象专家如入迷宫。
“幕后”系统
首先，横断山区受西风带影响，其主导天气气候系统包括西南季风、东亚季风、南亚高压和西伯利亚高压。
横断山区不同寻常的南北走向与高低起伏的地形，对途经该区域的西风、东亚季风和南亚季风，既有东西向阻挡抬升作用，又有南北向的通道作用。其中，作为西南季风水汽输送的南北向通道，这里也成为了冷暖空气最活跃的区域之一。
把目光进一步聚焦，影响横断山区的主要天气系统不仅有切变线、两高辐合区、南支槽、西行台风、孟加拉湾风暴等，更有那些耳熟能详的以本地地域冠名的昆明准静止锋、西南涡。
冬季，当冷空气经过重重山脉的阻挡，放慢脚步，由冷锋转变为准静止锋，徘徊在昆明和贵阳之间，便形成了昆明准静止锋。它可导致当地出现降温、降水及强对流天气，如果有充足的暖湿气流配合，常常会造成大范围的强降水及降雪天气。
▲图为风云三号D星从2021年1月1日至4日的连续监测图像，准静止锋在云南贵州交界来回跳动，其对应的地区气温波动起伏较大。来源：国家卫星气象中心
处于青藏高原东南缘，受强烈的辐射强迫和山区复杂地形影响，这里也有利于西南涡生成活跃。
西南涡在气象领域受关注多年，能够引起局地降雨，与其他天气气候系统耦合更容易引发大暴雨，其东移会影响我国东部地区的降水。
▲来源：中国气象局成都高原气象研究所
而破碎的地形也给更小尺度天气系统“活跃”的空间。比如云南苍山，主体位于横断山脉南端，是典型的小尺度山地。
▲西南地区地形高度，图中虚线方框为苍山地区 来源：中国气象科学研究院
苍山复杂地形孕育了“眼花缭乱”的热力环流，其西侧存在明显的山谷风环流，而东侧山地邻近洱海，在山谷风、湖陆风和峡谷风的共同驱动下形成局地环流。
▲苍山地区的地形高度，黑色圆点代表台站的位置（YB：漾濞站，CS：山顶站，DL：大理站）。 来源：中国气象科学研究院
小尺度山地剖面气象观测网络建成后，研究人员发现，山顶站的降水频次约是西侧水平距离14公里外漾濞站（东侧水平距离9公里外大理站）降水频次的3.6倍（4倍），山顶站的降水量约为漾濞站（大理站）的2.7倍（2.6倍）。
▲漾濞站、山顶站和大理站气候态的降水量（mm/h）、降水频次（%）和降水强度（mm/h）。 来源：中国气象科学研究院
不过，从另一面来看，这样的地形条件正可作为西南地区典型南北向山地和狭长谷地最好的研究样本。
“多样”与“不均”
特殊的地理环境与多尺度的天气气候系统，使得横断山区的天气气候影响因子众多，各类气象要素的区域差异显著，多种天气气候类型交织分布，不同地区的天气气候演变特征显著不同。
每年，横断山脉西侧是全国雨季开始最早的地区之一，春季强降水频发，为横断山区全年降水发生频次最高的区域。
▲降水主峰值出现时间（候） 来源：中国气象科学研究院
在横断山脉的东边，准静止锋则在该区域产生强有力的影响。静止锋锋前天气晴朗，锋后阴雨绵绵，其两侧气温呈现独特的逆海拔分布特征。一旦有中高层系统引导静止锋向西南移动，就会“唤起”暴雨、冰雹、大风等灾害性天气。
在横断山脉主体区域，因受下沉气流控制且山脉阻挡了低层东（东北）路冷空气，春冬季节的降水较东西两侧显著偏少，随着南亚和东亚夏季风爆发和推进，该地区才进入雨季。
在横断山脉及周边地区，还可产生大量由局部孤立的中尺度系统造成的局地性强降水，这就使得该地区的降水过程成为一个非常复杂的科学问题。
降水在该区域呈现的“不均匀性”可以通过数据展现：横断山区年平均降水量大值台站的降水量超过1500毫米，主要位于横断山脉西侧和南侧；但另一方面，部分台站年降水量还不到600毫米，量级几乎“砍半”。
横断山脉地区降水日变化的区域差异同样明显，夜间、上午和下午峰值并存。
甚至在一场雨中，降水的“不均匀”依然明显。在气象领域，有个专业术语可以描述这种情况，即降水不对称性，这是指一个降水事件的降水量达到峰值前后持续的降水小时数之比。横断山脉地区是全国降水不对称性最为突出的区域之一。
此外，横断山区高山深谷相间排列，高山上温度低，深谷温度高，迎风坡降水多，背风坡降水少，加之气温的垂直梯度分布和山谷风的局地环流，降水和气温在垂直方向和水平方向上区域差异极其明显。
“深水区”
尽管“迷宫”错综复杂，但对横断山区气象预报难题攻关的必要性也显而易见。
横断山区是气象灾害和气象衍生灾害（山洪、滑坡、泥石流等）最严重的地区之一。
▲崩塌、滑坡和泥石流灾害危险性分布图（张春山等2004） 省份颜色从深到浅依次为：高度危险、较高度危险、中度危险、较低度危险、低度危险。 底图审图号：GS（2019）1652号
提高该区域的气象预报准确率不仅为当地干旱、暴雨、冰雹等气象灾害的及时预警提供基础，关系百姓安危，还与下游地区预报质量的提高密切相关。
从更大范围来看，攻关横断山区预报，对于西南地区乃至全国其他复杂地形区域的天气预报也有重要价值。
某种意义上说，中国天气和气候特有的复杂性主要来源于复杂地形的强迫影响。从这个角度看，研究多尺度、多形态地形交叠的横断山区天气气候预报问题，具有很大的科学意义。可以说，能做好横断山区的预报研究，就解决了一半以上的预报难题。
当然，对东亚天气气候来说，做好横断山区预报也有利于加深对东亚、南亚季风的相互作用的理解。横断山区西风带与局地环流在不同尺度上的耦合效应能够极大促进复杂地形区小尺度天气系统的发展，同时该区域的大江大河是亚洲人民的重要生活生产用水来源，做好横断山区预报就是保障亚洲地区人民生产生活用水最基础的一环。
正因此，必须锁定难题，然后去攻克它们。
二问
何以破解难题？
打一场观测预报“相互成就”的持久战
行动已经开始。
当前，中国气象局正针对西南地区业务能力提升持续发力，横断山脉在其中占据着举足轻重的地位。攻破这道险隘，注定是一场持久战。
观测：与其广撒网不如抓重点
观测是预报的基础，也是突破瓶颈的先决条件。横断山区的气象监测主要依靠地面和卫星资料，因山区地形复杂，存在较大的监测盲区，观测网的布设面临诸多实际困难，对比实际需求，资料往往不够用。
频频因火灾登上新闻的四川凉山，林火监测和扑救气象服务就受困于观测能力的限制。
▲2019年3月30日18时许，四川省木里藏族自治县境内发生森林火灾。凉山州气象局与木里县气象局工作人员赶赴现场，在距离火场1.8公里左右的地方架设小型移动式自动气象站，为开展现场服务提供数据支撑。来源：中国气象新闻网
这里地处西南横断山系东北缘，海拔超过4000米的高峰有20多座，迎风坡、背风坡、峡谷都可能引起气流的变化，出现风向突变，以目前的监测技术和设备难以精准捕捉。
西藏的防灾减灾工作，也受到观测能力有限的困扰，2020年，边坝县发生雪崩，雪崩区域没有自动气象站，只能依靠邻镇气象站提供数据。
“站”到用时方恨少，是横断山脉气象观测的现实问题。
▲截至2020年底，全国气象观测站分布情况。 图/中国气象局综合观测司
中国气象局气象探测中心经过调研发现，在横断山区布设观测设备的主要困难在于，电力、通信等基础条件薄弱，有的地方甚至没有铺设道路，制约了设备的运输、安装及后期维护。此外，这里大气廓线的观测站点偏少，边境区域观测站稀疏，对重要天气系统的观测还存在盲区；气候系统观测相对薄弱，地气交换、水汽循环、碳源碳汇等领域观测稀少。
万丈高楼平地起，作为预报的“地基”，构建面向需求、立体精密的气象监测体系，是解决横断山脉预报难题的必由之路。在云南，气象部门正在加强观测站网建设，继续填补地面观测空白，实现对复杂山地强降水、准静止锋和强对流等重要天气系统和雷电、大风、冰雹等气象灾害的较完整监测。
但地面观测的加密，受制于地理条件的限制，有其极限。中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室最新研究认为，开展观测站网布局优化研究，找到布局敏感关键区，结合卫星开展空天一体化观测，才是未来解决问题的途径。
▲哀牢山以西横断山脉，当气流向山脉爬升时形成云，气流翻越山坡时云便消失了。这个过程被风云四号卫星清晰捕捉了下来。 来源：国家卫星气象中心
预报：找准关键点闯入“深水区”
长期以来，复杂地形的数值预报一直是难点问题，症结就在于不能真实再现地形效应。
横断山脉及其周边地区，独特多样的地形地貌使得天气和气候模式中该区域降水特征均存在明显模拟偏差。作为世界上气象灾害及其衍生灾害最严重的地区之一，横断山脉无疑是检验数值预报能力的“深水区”。
走进“深水”、乃至看透“深水”，需要观测与预报相辅相成，观测为预报提供数据，预报在此基础上不断改进，为观测更好地“抓关键”提供依据。在横断山脉，气象部门希望通过两者间良好互动形成的良性循环，最终打造性能良好的数值预报模式。
复杂地形引发的复杂降水，是横断山脉最值得关注的天气。针对地形降水，气象部门希望用让一部分站点“先富起来”的方式，叩开山地降水分析的大门。
例如，以大理国家气候观象台作为横断山脉中部苍山-洱海一带复杂山地代表站、德宏州盈江县昔马站作为横断山脉南端西坡降雨极大值代表站、红河州弥勒站作为云贵高原东坡静止锋影响关键点代表站，联合开展大气综合观测试验，为开展山地降雨的精细化特征分析与发生发展机理研究和数值模式评估奠定观测基础。
▲来源：中国气象网
易形成连阴雨天气的昆明准静止锋，是横断山脉多发连阴雨天气的“幕后大佬”，自然也是预报攻关的重点。气象部门为此积极推进弥勒昆明准静止锋科学研究试验基地建设，建立昆明准静止锋长期稳定的业务观测网，在此基础上探讨昆明准静止锋的内在机理。
不只昆明准静止锋，大到南亚季风和东亚季风，小到西南低涡、南支槽、西行台风、孟加拉湾风暴等天气系统，都对横断山脉天气有重要影响，带来中小尺度暴雨、强对流天气等预报难题。
▲来源：成都高原气象研究所
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