近年来，“厄尔尼诺”和“拉尼娜”事件交替出现，引发全球或区域气候异常，叠加全球变暖效应，成为暴雨洪涝和高温热浪等众多极端天气事件的“幕后推手”。
什么是极端天气？在统计学意义上，极端天气是指天气状态严重偏离平均态，属于不易发生的小概率事件。虽然发生频率小，但其危害较重，往往会造成重大人员伤亡和经济损失，超强台风（飓风）、“世纪寒潮”、“世纪沙尘暴”、持续高温导致的重特大干旱和森林火灾等，都属于极端天气事件。在全球气候变暖背景下，国内外极端天气事件呈现增多增强的趋势。2021年7月17日—22日，河南省出现历史罕见的极端强降雨事件，鹤壁局地累计降雨量高达1122.6毫米，郑州气象观测站最大小时降雨量达201.9毫米，突破中国大陆小时降雨量历史极值；2023年7月29日至8月1日，京津冀地区出现极端强降雨过程，具有持续时间长、累计雨量大、极端性强等特点，多个国家气象观测站日降水量、累计降雨量突破历史极值。2023年9月上旬，地中海飓风“丹尼尔”登陆利比亚，创下当地降雨记录，并在利比亚东部引发严重洪灾。
极端天气可以被有效预警吗？极端天气虽然是小概率事件，但确实存在一定的季节或区域分布特征，且往往与特定的气象条件、环境因素等有关。例如，夏季是我国极端天气事件最为频繁的季节，如台风、暴雨、高温热浪等；冬季则会出现寒潮、暴雪、低温雨雪冰冻等极端天气事件。天气预报是综合分析各种资料，捕捉未来天气变化“信号”并给出定量预报结果的过程，越是极端天气其“信号”越强烈。比如，特大暴雨主要受低空急流的水汽输送和特殊地形的叠加影响；龙卷风发生时天气雷达上会出现“钩状回波”；持续稳定的副热带高压笼罩之下会造成高温热浪天气等。
但是，要将极端天气的“信号”转变为精准的天气预报，却面临着很大困难。因为大气运动包含着从宏观尺度到微观尺度的复杂过程，而目前我们对这些复杂过程的科学认识还不是非常透彻。虽然一些预报方法或模型取得较大进展，但没有一个方法是可以包打天下或适应所有预报场景的。同时，极端天气出现的概率低、样本少，可供预报员参考的经验有限。因此，针对极端天气给出定点、定时、定量的精准预报面临非常大的挑战。当然，从极端天气的发生机理和主要影响系统来看，不同类型的极端天气其预报难度是不一样的，极端高温、寒潮等预报难度要低于极端暴雨、龙卷风、冰雹等。极端暴雨的预报难度不在于是否会发生暴雨，而是如何定量把握其“极端”的程度。比如，到底会是500毫米的降雨还是800毫米或1000毫米的降雨？到底是20年一遇还是50年或100年一遇的暴雨？而对于龙卷风、冰雹等极端强对流天气而言，由于发生范围很小、生命史较短，且往往伴有强降水、雷雨大风等天气，其先兆信号容易被其他天气所掩盖，导致其预报难度更大，预警时效有限。
如何提高极端天气预报预警准确性？天气预报经历了从定性到定量、从理论到学科逐步发展的过程。20世纪50年代，数值天气预报出现，成为现代天气预报史上最具革命性的事件，也为提高极端天气预报预警准确性奠定了基础。随着气象观测技术的不断发展、人类对天气演变机理认知的不断深化以及计算机性能的快速提升等，数值预报模式的准确性也在逐步提高，预报时效越来越长，已上升为天气预报领域的“芯片工程”。数值预报模式发展水平也成为衡量一国科技发展水平的重要指标之一。
为提高天气预报准确率，科研人员针对重大天气过程，特别是极端天气过程及时开展复盘总结工作，分析预报难点，凝练科学问题并开展针对性研究，不断积累极端天气预报经验。同时，为解决数值天气预报固有的不确定性问题，科学家们构造了多种集合数值预报模式，从而给出天气演变的更多可能性和极端天气指数，为预报员提供更多参考信息。另外，中国气象局建立了有效的天气会商机制，每当有重大天气发生时，气象部门都会及时组织会商研判，科学分析天气演变趋势，及时发布相应预报和预警，为有效防御极端气象灾害吹响了第一声“警哨”。
为有效应对越来越频繁的极端天气事件，应进一步完善陆—海—空—天综合观测系统，并结合社会化力量，织就更精密的天气监测立体网络；持续打造地球系统数值预报模式这一“国之重器”，深入研究灾害性天气演变机理和极端天气预报核心技术，为极端天气预报预警提供更强科技支撑；加快推进人工智能技术在天气分析、预报及数值模式中的应用研究，努力构造智能感知、智能预报、智能服务的天气预报新业态。同时，加强气象事业发展的顶层设计，通过重大科研和工程项目的实施，夯实气象科技能力现代化和社会服务现代化基石，努力提升灾害性天气预报准确性和预警时效性，筑牢防灾减灾第一道防线。
（作者：钱传海 朱玉洁，分别系中国气象局首席气象专家，中国气象局气象发展与规划院业务科技处处长）
