地理冷知识-天气预报

在广袤大地之上，极致风暴之中，上演着无数惊心动魄的故事。那是追风者的冒险，是气象学家的探索，也是科普者的使命。极致风暴，宛如一场激烈的交响曲，奏响了自然的力量与变幻。在这个充满挑战与奥秘的领域，中国气象局气候服务首席专家周兵凭借丰富的经验和深入的分析，引领我们洞察全球气候变化的趋势；中国科协气象学顾问卞赟致力于气象研究和科普工作，以专业知识和热情为我们揭示天气的奥秘；中国首位00后职业风暴摄影师刘屹靖，则用镜头捕捉着从雷暴初生到消散的震撼瞬间。三位中国国家地理大讲堂线下场《极致风暴》的演讲嘉宾，为大家带来了一场对气象世界的全新认知之旅。

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全球沸腾与极致风暴

1975年“全球变暖”被提出，48年后，2023年7月28日，联合国秘书长古特雷斯提出了全球沸腾时代的概念，标志着地球进入了一个全新的阶段。在2023年北半球的夏季，亚洲、欧洲、北美和非洲等地的最高气温不断刷新纪录，许多地区遭遇了前所未有的高温天气。与此同时，本应处于冬季寒冷季节的南半球，仍有不少国家出现了37度甚至39度的高温。

前不久，台风“格美”吸引着1.8亿人的关注，它在西太平洋生成后，一路向西北移动，先后在台湾和福建登陆，进入我国内地后，在江西停留了较长时间，随后向西进入湖南等地，并以低压的形式继续影响着当地的天气。超级台风格美，正是“全球沸腾时代”到来的一个典型案例。

天气-气候 气候变化时空尺度

中国气象局气候服务首席专家周兵讲解到，尽管从“沸腾”的字面意思来看，人们更容易联想到频繁出现的高温天气，但实际上，这一概念所涵盖的范围更为广泛，全球沸腾并不仅仅意味着气温的升高，降水格局、类型、区域以及台风路径等都在发生变化。极端寒冷事件依然存在，而干旱、旱涝急转、飓风、台风、暴雨、洪水等极端天气则会更加频繁。

2023年史上最暖平均温度分布，上图2023地表异常温度；五月全球月平均气温异常(下左）六月全球月平均气温异常（下右）

极端天气的出现与全球变暖密切相关，同时厄尔尼诺和拉尼娜也是重要的推手，它们反映了中东太平洋海表温度的异常。极端天气基本有三类：罕见性、强力程度和快速程度。自1900-2022年，全球范围内遭受自然灾害损失最严重的国家是美国，龙卷风、飓风、干旱等给其带来了巨大损失；澳大利亚的森林大火和洪水也与气候变化紧密相连；巴基斯坦的暴雨洪涝强度大、持续时间长，其中50%-75%的原因可归咎于人类活动的影响。

我国同样面临着极端天气的挑战，比如2020年的超级暴力梅、2021年的郑州暴雨、2022年南方的持续性高温等。极端天气呈现出种类多频次密、强度大、区域差异大、点多面广、交替快、复合性等六大特点。

周兵表示：“世界正面临更热、更旱和更涝的未来，极端高温天气已成为一种新常态”。在应对极端天气和重大气象灾害时，技术上有两大法宝：早期预警能够极大地减少人员伤亡和财产损失；还要以极限思维和底线思维直面创纪录的极端天气。周兵还提醒公众需要适度掌握极端天气的特性，例如“两个30法则”（闪电后30秒内听到雷声表明处于雷暴危险区域，雷声过去30分钟后表明处于安全区域）可帮助人们判断雷暴情况，在实际生活中面对台风时也需要找到最佳防御位置。大量科学数据与事实已经理性地告诉人们，地球承载力界限需要人类共同管理与应对。人们需要对“气候变化”应有清晰的认知，并依靠政策、科技、公众参与等，快速转型应对全球变暖，扭转或延缓气候临界点，共同应对气候危机！

02

天气预报的诞生

气象学是研究大气现象和气候变化规律的科学，它致力于揭示天气和气候的形成机制，以及对人类和自然环境的影响。在古代，气象学更多地像是一种神秘的艺术，充满了神学和占卜的色彩。古人常常通过观察天象、感受自然来预测天气，比如诸葛亮借东风，就是通过观察天象和经验来判断的，古人还会根据一些自然现象，如动物的行为、云彩的形状等来猜测天气的变化。这些方法虽然有时候能蒙对，但更多的时候就像一场赌博，误差非常大。

现代气象学和古代气象学有很大的区别，你知道现代气象学发展至今，有多少年吗？其实才100多年！古代气象学多基于神学、占卜和经验总结，误差大；现代气象学则是为了战争和航海需要而发明，利用观测站捕获气象数据，通过数学算法求解方程来预测天气，本质是基于数学的高精尖科学。通俗说气象学其实是一门理科，就是搜集大量的气象数据比如说气温、气压、空气湿度、风速、风向等等这些数据，搜集回来以后，利用数学的方法去解一个方程，来求解未来天气到底是怎样的一件事。

气象学的核心=数学+物理现代气象学的本质，或者说天气预报的本质，其实就是数学解方程。

天气预报是气象学的重要应用领域，它让我们对天气的预测更加准确和可靠。为了提高天气预报的准确率，我国采取了多种措施，例如增加气象站数量、发射风云卫星、加强地面观测、提高计算机计算能力等。我国解放初期，全国所有的气象站不足百个，而且只是在中大型的城市，像北京、上海、南京等等大城市才有这样好的气象站。但是到2018年底，我国已经拥有了6万多个自动气象站，覆盖95.6%的乡镇，数量、密度达到世界第一的位置。

左图：80年代，预报员拿张纸跟飞行员讲如何飞；右图：2000年左右的气象站

尽管我国在气象领域投入了很多，晴雨预报准确率达到88%，在世界气象组织的评比中处于较高水平，但公众仍然总会觉得天气预报不准，有人会问，这12%的不准从哪里来的？其实有两方面，一个是地面的变量，就是下垫面的影响。如果是广袤的平原，没有动物、人和其他任何东西，我们去计算天气情况的时候，是相对比较简单的。但是地表是复杂的，有山川、河流，对大气环流都有影响。我们要模拟地表面建模，本身就是件很困难的事。还有一个变量就是人类。我们自己每天就在大量排放各种各样的气体、污染物到空气中，造成了多少能量、污染物的排放，是很难去把控的，这无形中给天气预测增加了很多变量，加大了准确预测的难度。另外就是时间变量。当这些不确定性因素不断叠加，短期内无限接近正确值，时间长了以后，衰减会非常厉害。所以，我们平时看天气预报，三天之内很准，一周我们就大概看看趋势。其实还有一方面，就是需要引导公众对于气象这一门自然科学的认知。气象学的发展是一个不断进步的过程，我们应该加强对气象学的了解，提高对天气预报的认知，共同应对天气变化带来的挑战。相信随着科技的不断进步和人们意识的提高，天气预报的准确率会不断提高，为我们的生活带来更多的便利和安全。

我国目前有近7万个自动气象站，覆盖96.5%的乡镇，气象自动站的数量、密度已经是世界第一。

03

雷暴的一生

拍摄风暴，是一个艺术与科学兼具的事情。

刘屹靖是国内首个职业拍摄风暴的摄影师，被称为风暴追逐者或气象科普人，他做的事情仿佛是一场与自然力量的激烈对话。自2020年起，他便凭借着各种预报资料和数据，提前预判强对流天气的发生地点，然后奔赴现场捕捉风暴的瞬间，至今已经行驶超过9万公里。他的工作不仅是为了拍摄出令人震撼的风暴图片，更是为了通过车顶的气象观测站收集珍贵的数据，为科学研究提供有力的支持。

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科研时拍下的龙卷风视频

要想真正拍摄好风暴，就必须深入了解风暴的本质。刘屹靖专注拍摄的是狭义上的风暴——雷暴，它是风暴的一种常见形式，形成通常经历五个阶段。

在初始形成阶段，看似平静的晴天背后隐藏着巨大的能量。太阳热烈地照射着地表，使得地面升温，热上升气流将湿热空气带至空中。当这些湿热空气遇冷时，便凝结形成云。此时，高空中的风激流涌动，虽然表面上一切平静，但实际上风暴的条件已经悄然具备，暗流正在积蓄力量，为后续的爆发做准备。

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2023年南昌罕见壮观超级单体积雨云，发展→衰亡，全过程延时摄影

接着是云团凝结阶段。阳光持续加热，使得空气进一步凝结水分。就像呼伦贝尔清晨空中的云朵，它们看起来宛如棉花糖般轻盈可爱，但实际上可能是风暴的胚胎。在西部干旱地区，由于水汽稀少，云大多止步于淡积云。然而，如果上升气流能够保持，云就会进一步发展成中展积云或浓积云。在浓积云阶段，云团会放热，导致内部温度高于周围，从而自发地向上运动，此时部分雷暴便会在这个阶段产生降雨。

随后，雷暴进入发展壮大阶段。当浓积云的云顶高度垂直尺度超过底部宽度时，云团内的上升气流开始膨胀，推动着云团不断发展，为即将到来的鼎盛时期积聚能量。

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2025.5.22 陕西榆林闪电“大杂烩”

鼎盛时期，积雨云迅速膨胀，形成云砧，小水滴冰晶化，边缘变得模糊。此时，积雨云正式成为一场强大的风暴，它能够引发暴雨、冰雹、雷暴大风等恶劣天气。冰雹在积雨云内形成，这与过冷水和凝结核密切相关。冰雹在云内随着上升气流运动，不断增大，最后从云顶坠落地面。

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通辽市超级单体

最后是减弱消散阶段，在龙卷风的鼎盛阶段过后，雷暴开始逐渐减弱。超级单体雷暴在减弱时，可能会引发猛烈的灾险天气，如大风和暴雨。随着积雨云的崩塌，雨、冰雹等纷纷落到地面，冷气团扩散形成弧状云。当风暴彻底减弱消散后，天空中可能会出现美丽的彩虹。

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刘屹靖在拍摄风暴的过程中经历了许多艰难险阻，陷车、爆胎等情况时有发生，但他也有幸拍摄到了许多壮观的景象，记录下各种类型的闪电、超级单体雷暴、龙卷风等。他的拍摄工作不仅让人们领略到了风暴的强大和美丽，也为气象研究提供了宝贵的资料，让我们对自然的奥秘有了更深刻的认识。