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观风与捕风

2006-09-05 15:41 作者:吴戈 2006年第31期
8月8日下午14时,“桑美”的中心移动到浙江省温州东南偏东方向大约1430公里,位于琉球群岛以东的西北太平洋洋面上,近中心最大风力达到12级(35米/秒),并且正以每小时25~30公里的速度向西北方向移动。显然,它很可能直接在浙江中部到福建北部登陆。当日下午18时,中央气象台发布了第一次台风预警信息。

一次观风历程

8月5日晚20时,中央气象台台风预报科的高级工程师张玲正在值班。在每半小时从国家卫星气象中心直接传来的“风云-2C”气象卫星云图上,她能清楚看到:距我国沿海3200公里的关岛东南洋面上,三个热带风暴已赫然在目,这是她必须关注的对象。由于中心附近风力已经达到8级以上,负责台风命名的日本气象厅将它们分别称为“桑美”、“玛莉亚”和“宝霞”。但此时还没人知道,4天后“桑美”将成为近50年来登陆我国最强的一次台风。在三个热带风暴中,台风预报科开始定期监测威胁最大的“桑美”,每6小时预报一次未来动向。台风还在海上时,卫星是主要的观测手段。

8月8日下午14时,“桑美”的中心移动到浙江省温州东南偏东方向大约1430公里,位于琉球群岛以东的西北太平洋洋面上,近中心最大风力达到12级(35米/秒),并且正以每小时25~30公里的速度向西北方向移动。显然,它很可能直接在浙江中部到福建北部登陆。当日下午18时,中央气象台发布了第一次台风预警信息。

到9日晨5时,台风预警信息从每天两次增加到每天4次。11时,“桑美”加强为强台风,17时,中心移动到温州东南约630公里。18时,“桑美”继续加强为超强台风,中央气象台立即发出了超强台风紧急警报,这份警报同时以专报的形式直接发往国务院。19时,浙江省气象台也发布了浙南和沿海地区超强台风紧急警报。

晚上21时,“桑美”的中心距离温州东南约510公里,中心附近最大风力已从当日凌晨的13级加强到17级,一天之内强度连跳5级。17级意味着60米/秒(相当于216公里/小时)的风速,2004年台风“云娜”测到的最大风速为每秒58米。

面对前所未有的超强台风,中国气象局几位局长和国家气象中心几位主任云集台风科,将动态监测密度增加到每半小时一次。“这是前所未有的,世界上一般是台风登陆后一小时一次。”台风科高级工程师许映龙介绍说。从8月9日晚22时左右开始,浙江温州、福建福州和长乐的多普勒气象雷达开始每6分钟采集一次“桑美”的信息,数据直接发回北京。它们的探测范围在460公里左右。

8月10日晨5时,“桑美”的中心距温州东南约270公里。6时,中央气象台继续发布超强台风紧急警报。9时30分,预计距“桑美”登陆还有8小时,中央气象台启动了一级气象应急预案。这种预案针对的是特别重大的灾害性天气。根据一级预案,从山东到广东的11个省29个探空站增加了气球高空探测密度,从平常的12小时一次增加到3小时一次。“这也是世界上密度最高的。”许映龙说。同时,浙江和福建每10分钟进行一次自动气象站地面加密观测。

10时20分,福建省气象台发布该省中北部沿海地区超强台风紧急警报。15时53分,福建省福鼎市台山岛实测最大风力已达17级,最大风速60米/秒。在福鼎市,13级以上风力就整整持续了近3个小时。

10日下午17时25分,“桑美”在浙江省苍南县马站镇沿海登陆,苍南县霞关附近的自动气象站测到了68米/秒的风速,创下了浙江省历史最高纪录,在整个中国大陆台风史上也十分罕见。幸运的是,几乎同时出现的热带风暴“宝霞”由于和“桑美”的步调不一致,没有形成雪上加霜的双台风合并现象。

一旦登陆,失去了温暖海水能量供应的台风就将逐步减弱,但它自身携带的大量水汽将为所到之处带来巨量的降水,这往往是比风力危害更大的因素。11日下午,中央气象台天气预报室副主任钱传海仍然忧虑地盯着卫星云图上“桑美”减弱后徘徊在江西上空的云团。江西省气象台在电话中报告:江西最大雨量达到了180毫米以上。因此,许映龙介绍说:“我们对它的监测一直要持续到影响很小,在云图上看不到地面环流中心为止。”

发现台风的细节

8月10日下午19时,记者打开了美国国家海洋与大气局(NOAA)卫星服务处的网页。当天下午16时33分(北京时间)拍摄的MTSAT卫星云图上,已经登陆的“桑美”如菊花绽放一般。这里还能看到拍摄前后15分钟“桑美”的移动过程,而最新的云图25分钟后就可看到。MTSAT是2005年2月才发射的日本多功能地球同步气象卫星,图像每小时更新一次。虽然这种服务只是为了提供更多信息,并不建议用于预报和救灾,却使普通人得以感受“环球同此凉热”。

上个世纪初,台风的预报只能依靠地面气象站和船只的报告,有如盲人摸象。现在,每颗极轨卫星每天能对地球每一寸地面上空巡视两遍,每颗地球同步卫星能连续监视地球近1/5的面积。许映龙说:“通过气象卫星云图,台风无论在什么海域,都能及时发现。借助一些天气形势分析和数值预报模式,利用大型计算机,国际上基本可以在72小时之内提前预测可能生成的台风及其发展过程。”截至8月11日,浙江、福建两省已有162万人及时转移,躲开了“桑美”的袭击。

然而,许映龙又说:“目前基本上还是从外部了解台风,内部结构还不了解。借助大型计算机,对台风路径的数值预报水平近10年有较大飞跃。如果以提前24、48和72小时预报来说,台风路径的误差分别在120、250和350公里。我们这个水平接近日本气象厅、美国联合台风预报中心的水平。”美国对大西洋风暴位置的预报水平,70年代为提前72小时平均误差710公里,2005年提高到260公里,但提前4到5天的飓风登陆预报仍有约466公里的平均误差,次日预报的平均误差也有110公里。

更困难的是强度的掌握。风暴喜怒无常,“桑美”从强台风变成超强台风只用了7个小时,而一场5级飓风(风速超过249公里/小时)几小时之内也能衰减到3级(178~209公里)。2005年8月28日晨,“卡特里娜”飓风从墨西哥湾深暖水域充分吸取了能量,12小时就从3级猛增到5级,风速最高达280公里/小时。虽然登陆后只有3级强度,“卡特里娜”仍带来了浪高8米的风暴潮,成为美国历史上损失最大的自然灾害。许映龙说:“在强度上目前基本上还停留在经验上。”美国90年代初3天风速预报的平均误差是每小时37公里,到2005年仍进步不大。

一场台风直径400公里左右,大的可能超过1000公里,100余公里的误差覆盖之下也许就有多个城市,涉及数十万人的疏散,风力和降雨大小也直接决定着防灾准备。

2005年美国出现的27个大西洋气旋首次用光了事先拟定的21个名字,只好用希腊字母。这些风暴形成了规模空前的15场飓风,其中4次达到5级,有4场大飓风袭击美国。10月19日,“维尔玛”飓风以295公里的时速成为有记录以来最强的大西洋飓风。今年5月22日,NOAA宣布:美国和整个北大西洋地区将面临一个非常活跃的飓风季,预计6月1日到11月30日将有13~16场有命名的风暴,其中8~10场将成为飓风,这其中又有4~6场将成为3级以上重大飓风。

NOAA的格里·贝尔说:“我们进入飓风高发期已经11年了,但是否还要持续10年甚至30年,我也说不上来。”美国国家飓风中心主任马克斯·梅菲尔德说:“只要有一场飓风到了你住的地方,就是最坏的季节。”

改变未来的方向仍然在太空。目前能提供较多风暴强度数据的主要是美日联合研制的TRMM(热带降雨测量任务)卫星。这颗卫星装有迄今最强的卫星气象雷达,能掌握风暴的三维结构。1998年,TRMM首次发现:飓风和台风过程中如果出现高达15~21公里的烟囱状云柱,数小时内风暴就将迅速增强。但它们最多只存在30~120分钟,别的卫星很难观测到。2010年后接替TRMM的5~8颗GPM(全球降水任务)卫星,每3小时就能观察一遍全球降水情况,而TRMM是一天两遍。

今年初,美国开始发射GOES-N卫星。它将在3.6万公里的同步轨道24小时注视地球,可见光成像能力从过去的3公里提高到1.5公里,能更准确地发现对流云层的位置和运动,从而准确预报局部洪水和龙卷风等恶劣天气。更先进的GOES-R将在2012年后升空,在同步轨道的观察能力将接近目前在200余公里的极地轨道上的精度,可见光分辨率达0.5公里,观测一遍美国的时间从现在的15分钟减少到5分钟,观测一遍整个西半球的时间从3小时减少到15分钟,对特定的风暴每60秒提供一次图像。

美国1/3的企业对天气敏感,在年GDP中占到3万亿美元。GOES-R项目负责人迈克·克里森说:GOES整个改进计划将使对3~7天后天气预报的精度提高10%,目标之一是使5天预报同3天预报一样准确,还将使飓风路径和强度预报改善10%~20%,单是后一项改善就将使美国每年减少5亿美元损失。美国商务部估计,在2015~2029年,单是GOES-R的升级对各种经济活动的好处就超过70亿美元。

看风者

每年春夏,墨西哥湾源源不断的湿热空气为得克萨斯、路易斯安那和佛罗里达带来窒息的闷热后,沿着南部大平原北上,滚过圣路易斯的银色大拱门和伊利诺伊南部的玉米田,席卷美国东南。这股不安分的空气与北方的极地气团往来推移,往往形成高达18公里、宽近百公里的云团,气象学上称超级单体,30多公里外就能看到它闪闪发亮的云顶。这些云团内蕴藏的气象应有尽有,其中最赤裸裸的暴力展示非龙卷风莫属。

4月到7月,从得克萨斯到达科他,从落基山到密西西比河,美国沿着“龙卷风之路”追风的游客已有数百人。飓风可能持续一周以上,但龙卷风瞬息万变,多数只有几分钟,一般宽120~150米,个别直径超过一两公里。因而追风之旅的主要内容就是日复一日的漫长行驶。一位游客描述它:“有点类似打仗,先是很多小时枯燥而紧张的行军,突然被几分钟的惊恐打破,一切归于沉寂时,已是一片狼藉。”不过追风老手都异口同声地说:“只要亲眼看到龙卷风,你就会觉得一切都值得。”

今年4月一个清晨,暴风雨旅游公司结实的福特E-350载着6名游客离开以恶劣天气著称的俄克拉荷马城。产生龙卷风需要太阳把地面充分加热,直到下午19时,几经周折的追风车才冲过一场硬糖大小的冰雹,在一片农田旁接近了一个危险的云团。

落日暗橙色的余晖照亮了背后的雨幕,右侧阴沉的天空不时被闪电划破,低矮的云片乘着风暴中无形的气流忽上忽下。有些云片开始旋转,突然出现了一个接一个黑烟团似的小漩涡。司机迪恩马上沿一条平行的公路追去,但风暴不久就消散了。

返回汽车旅馆途中,广播中收到龙卷风警报,导游、气象学硕士比尔·莱德立刻在笔记本电脑上查看雷达图像。果然,三个巨大的云团正像艳丽的变形虫一样沿20号州际公路翻腾而来。迪恩迅速寻踪而去,密集的闪电像蛛网一样不时落在前方。23时,旅游团在州际公路上一个服务区吃晚饭,却被其中一个风暴带来的冰雹和闪电困住。凌晨1时30分回到汽车旅馆,弥漫的肾上腺素使游客个个无法平静。

第二天,旅游团向得克萨斯进发,预报说那里有一股高空急流,而且露点很高,西方有干湿空气正在汇聚。下午18时30分,追风车在得州幸福镇驶下州际公路,追踪远方的阴云。在镇外一个墓地,正好看到一面云墙已经形成,这是中气旋的标志,往往是龙卷风的前兆。

云墙中逐渐向下伸出一条模糊的“象鼻”,带动地面的黑尘飞旋而起,像一群受惊的野马。最终,云中的黑色“象鼻”抓住了地面,形成越来越粗的尘柱,一些阴影在尘柱中飞进飞去,雨和日渐浓重的夜色增加了几分幽灵似的感觉。外围的风从游客们身边掠过,发出瀑布一般持续而强大的怒号,但听不到龙卷风本身的声音。比尔说:“只有在不到1/4英里距离,才能听到龙卷风自己的轰鸣。我们现在的距离是1英里,不过我还是觉得已经太近了。”

突然,背后的镇里响起了刺耳的警报,把游客从看电影一样的旁观状态中拉回危险的现实。虽然有人兴奋得大叫,但迪恩还是大喊:“我们得离开这儿了!”游客们回头上车,几乎已是连滚带爬,现在是龙卷风追着他们跑。当汽车穿过镇子,转弯冲上州际公路时,车窗左边树林和房屋的碎片已经漫天飞舞。大片风滚草正被疾速抽进龙卷风,一团草结结实实地打在车窗上,完全不像是草。极端情况下,龙卷风局部风速可超过音速,1919年在明尼斯达曾观察到一根草茎刺穿了厚木板。

在州际公路的一个天桥下,游客们看着高耸而细长的龙卷风带着急雨慢慢漂过公路,无声地消失。感叹自然的狂暴之余,才获悉当地有两人丧生。这次被称为“幸福”的龙卷风摧毁了半个幸福镇,数百人的生活瞬间改变。实际上他们的旅行高潮来得太早,在剩下的一周里只赶上一场大冰雹。

“追风既是科学,又有浪漫。”2000年成立的暴风雨旅游公司老板,老牌追风者马丁·利修斯说:“到现场,在开阔的原野感受所有的狂乱、阴沉、怒号和气味,你就像触到了天空,短暂地离开了大地的束缚。”追风之旅一般每年组织6次,持续6~10天,每次6人,收费2000~4000美元,但一家追风旅游公司的技术投资超过百万美元。追风车每6分钟接收一次卫星信息,车载多普勒雷达图像也是每6分钟更新一次,甚至能为电视台天气节目提供实况报道。不过龙卷风的旋转速度虽然高,但整个龙卷风本身移动的平均时速只有30~80公里,最快110公里,这也是敢于追风的前提。

美国作家托马斯·沃尔夫说:“自然界不光是奇迹发生的地方,而且一直在发生。”仅得克萨斯平均每年就有约120~150个龙卷风。导游莱德追风15年,目睹过约100场,最多的2003年6月24日他曾在南达科一天见过10场。最疯狂的2003年5月4日到10日,美国好几个州共发生393场龙卷风。

可是追风还是不像去迪斯尼看米老鼠,自然也需要喘息,平均下来追风者只有约20%~35%的运气,有时还是夜间。1994年美国国家暴风研究中心出动了13辆追风车、75位研究人员和两架研究飞机,仍然空手而归。追风靠的是经验、毅力加运气,良好的公路网也很重要。不过追不到风不要紧,利修斯说:“过几天真正的追风者的日子,对很多人本身就是一种冒险。”

捕风者

2005年10月19日晨,5时30分,密西西比州基斯勒空军基地,一架WC-130H轰鸣起来。这架1965年出厂的飞机外表毫无特殊之处,但它的任务是世界独一无二的。今天它将继续飞入“维尔玛”飓风中心,这关系到墨西哥湾沿岸成千上万人的生活。

清晨的佛罗里达海岸上空景色宜人,但谁都知道不久就将是另一种景象。经过一个半小时飞行,机长的声音响了起来:“全体注意,我们要忙了,请少说不必要的话。接近风暴眼后,将由气象军官负责。我们将开始下降到3000米。”

在3000米高度,距飓风中心195公里,气象军官打开天气侦察系统,每30秒搜集一次精确风速等数据。屏幕上眼花缭乱起来,这些数据通过卫星直接发回迈阿密的国家飓风中心。很快,导航员发现了飓风眼,在他的雷达上这是一个亮点,周围的一道亮环称为眼壁,再外面缠绕的螺旋形边表示雷暴。实际上这个小亮点的直径估计有24公里,而眼壁中有最狂暴的天气。导航员报告:“我们距眼壁还有8公里。”话音未落,大雨降临,昏暗的舷窗外水流如注。机长说:“我们快要冲过眼壁了,每个人都系上安全带。”在螺旋桨震耳欲聋的声音和滂沱的大雨中,机身剧烈颠簸,舱壁都看不清了,有时飞机狂跌300米,几乎要让人失重。

好像过了很长时间,其实只是3分钟,窗外暗灰色的云开始变亮。炫目的阳光突然照进机舱,大雨的敲打也骤然停止。最后一两下颠簸后,飞机突然平稳起来。适应阳光后,眼前是令人敬畏的景象:在大片厚实的云墙环绕下,飞机好像漂浮在一个云做成的巨型运动场里,又像在一个无比巨大的井,头顶数公里上方才是明亮的蓝天。空调好像出了毛病,其实是因为飓风眼内温度高得多。暗灰色的海面浪不大,但仍是白沫翻滚。

不过机组没有时间放松,真正的工作开始了。机长说:“我看到前方水上有一个平静点。”气象军官一边密切注视着风速减弱,一边说:“我们快到了。”当风突然转向时,“这就是飓风中心。”气象军官大叫。

导航员赶忙标注精确位置,飞机后部的探空仪操纵员立即将下投式探空仪弹出机外。它在乘降落伞落到水面的约4分钟内,每半秒钟传回一次数据,其中最重要的是精确到毫巴的压力,这是判断风暴强度变化的关键。

忙碌中,另一面云墙又越来越近。导航员将风眼位置与两个半小时前离开的上一班飞机的数据比较,立刻发现:“飓风正在向030方向移动,速度13公里/小时。”当飞机再次撞入眼壁的大雨和湍流时,下投式探空仪也最终落入水中,操纵员报告:“海平面压力为882毫巴。”大家都有些吃惊,果然,中心附近最大风速创下了大西洋上的最高纪录,达到了295公里/小时。

飞机离开风眼194公里,以测量飓风的范围,不到两个小时又再次钻入风眼。它的任务是4次进入风眼,完成一个X形的测量,直到下一架飞机前来接替。在风暴中的6小时飞行中,国家飓风中心被飞机提供的天气数据淹没了。有了这些信息,大型计算机的飓风预报精度要高30%!专家对飓风中心压力的急剧下降特别吃惊,整个佛罗里达半岛都加快了疏散。

完成这个任务的是美国空军预备役第53气象侦察中队,该中队负责大西洋、加勒比海、墨西哥湾、太平洋中部和东部的气象观测。其冒险历史则可以追溯到1943年7月27日,当时美国陆军航空队教官约瑟夫·达克沃斯在得州布赖恩机场与英国学员打赌,驾驶AT-6教练机在历史上第一次故意飞入了飓风眼。1944年的大西洋大飓风,美国军方借助飞机提供的警告,全国仅死亡50人,而1938年的类似飓风死亡600人。战后,美国气象局从1947年6月16日开始提供不间断飓风预报,第53中队也得名“捕风者”。

与很多人的想象不同,飞行中的飞机是不容易被强风撕碎的,飞机怕的是水平或垂直方向上风向突变,因此它不敢穿越龙卷风。WC-130能经受5级飓风,接近风速最强位置时,只需逐步转向迎风就能冲过去。风暴顶端可高达1.2万~1.5万米,只能飞到万米左右的WC-130也无法飞越,而且最感兴趣的正是风暴底部的情况,因此“捕风者”往往在300~3000米之间穿越飓风。迄今只有3架美国空军飞机毁于太平洋台风,一架海军飞机毁于大西洋飓风。1964年8月一架C-121飞机甚至被颠簸报废,但并未解体。

卫星虽然能保证发现飓风,但单靠卫星很难发现强度和路径的突然变化,有时对强度的估计与实际相差整整一级。每年6月~11月底,飓风形成的条件一出现,“捕风者”就要从150~460米高度第一次穿越,目的是确定近海面的风是否开始旋转。美国国家海洋与大气局也从1976年开始用两架WP-3D侦察机进行飓风研究,从1996年起用“湾流”GIV-SP喷气式高空研究机在飓风上空和周围观测。

随着海岸人口激增,美国有些地区已经需要48小时以上才能疏散完,进入紧急状态每英里成本平均超过100万美元,一次典型的飓风警报估计开支约1.92亿美元。有了飞机观测,单是缩小飓风登陆位置预报误差就能节省64万美元/英里。

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