原標(biāo)題：臺(tái)風(fēng)為何難預(yù)報(bào)（科技大觀）

近期，《自然》旗下《通訊—地球與環(huán)境》期刊發(fā)表了一項(xiàng)由中、美、歐團(tuán)隊(duì)合作完成的臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)重要成果。該研究的核心是創(chuàng)建了首個(gè)大氣—海洋—海浪完整耦合的第三代臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式。5年預(yù)報(bào)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，該模式提前3天預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)最大強(qiáng)度的誤差，較同期多國(guó)業(yè)務(wù)化預(yù)報(bào)系統(tǒng)平均降低82%，預(yù)報(bào)誤差從18.8米/秒降至3.3米/秒。這項(xiàng)突破令人振奮，卻也凸顯一個(gè)現(xiàn)實(shí)：長(zhǎng)期以來臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)是全球氣象領(lǐng)域極難攻克的堡壘。

臺(tái)風(fēng)起源于海洋，表現(xiàn)為大氣中的大風(fēng)與強(qiáng)降雨。它還伴隨著海洋中的巨浪和沿岸風(fēng)暴潮等，是世界上最具破壞力的自然現(xiàn)象之一。臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)包括路徑和強(qiáng)度兩個(gè)核心指標(biāo)。路徑?jīng)Q定了臺(tái)風(fēng)影響的具體區(qū)域，強(qiáng)度則決定了破壞力的大小。過去近40年，全球臺(tái)風(fēng)路徑預(yù)報(bào)精度提升了50%至60%，但強(qiáng)度預(yù)報(bào)進(jìn)展卻比較緩慢。臺(tái)風(fēng)為何如此難以預(yù)測(cè)？

首先，臺(tái)風(fēng)是一個(gè)典型的“混沌系統(tǒng)”。海溫、濕度、高空風(fēng)場(chǎng)、副熱帶高壓、季風(fēng)、洋流乃至地形以及海洋表面摩擦，任何一個(gè)因素的細(xì)微變化，都可能在后續(xù)演變中不斷放大，最終影響臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)路徑和強(qiáng)度——這就是人們常說的“蝴蝶效應(yīng)”。因此，越接近當(dāng)前時(shí)刻幾個(gè)小時(shí)內(nèi)的短期臨近預(yù)報(bào)，精度就相對(duì)準(zhǔn)確；而對(duì)于防災(zāi)減災(zāi)更為重要的提前三五天預(yù)報(bào)，氣象機(jī)構(gòu)往往只能給出可能的移動(dòng)趨勢(shì)和強(qiáng)度估計(jì)，再根據(jù)新的觀測(cè)資料不斷修正，預(yù)報(bào)誤差會(huì)隨著預(yù)報(bào)時(shí)間變長(zhǎng)而增加。

其次，臺(tái)風(fēng)路徑的“變數(shù)”來自復(fù)雜的大氣環(huán)流系統(tǒng)博弈。臺(tái)風(fēng)的移動(dòng)方向和速度取決于引導(dǎo)氣流，副熱帶高壓、東亞季風(fēng)、西風(fēng)槽等又隨時(shí)隨地可能影響引導(dǎo)氣流。當(dāng)這些“推手”各自發(fā)力、方向相異時(shí)，臺(tái)風(fēng)就可能突然轉(zhuǎn)向、減速甚至停滯打轉(zhuǎn)。兩個(gè)或多個(gè)臺(tái)風(fēng)靠近時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生“藤原效應(yīng)”，相互牽制使各自路徑大幅擺動(dòng)。

第三，臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度會(huì)受多種因素影響產(chǎn)生突變。臺(tái)風(fēng)內(nèi)核如同風(fēng)暴的“心臟”，外部的能量供給和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的突然變化，可導(dǎo)致其強(qiáng)度在數(shù)小時(shí)內(nèi)驟升或驟降。同時(shí)，臺(tái)風(fēng)內(nèi)核處于強(qiáng)對(duì)流、強(qiáng)降水和大風(fēng)與巨浪環(huán)境中，現(xiàn)有衛(wèi)星、飛機(jī)和雷達(dá)等觀測(cè)手段仍難以持續(xù)、完整、準(zhǔn)確地獲取臺(tái)風(fēng)內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)。

第四，海洋對(duì)臺(tái)風(fēng)的影響長(zhǎng)期被低估。臺(tái)風(fēng)發(fā)生在海洋上，海洋是臺(tái)風(fēng)成長(zhǎng)的“發(fā)動(dòng)機(jī)”。20世紀(jì)50年代末，歐美及蘇聯(lián)開始建立第一代臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式，但僅僅考慮大氣，海洋溫度被人為設(shè)定為固定不變，導(dǎo)致預(yù)報(bào)的弱臺(tái)風(fēng)偏強(qiáng)、強(qiáng)臺(tái)風(fēng)偏弱。本世紀(jì)初，發(fā)達(dá)國(guó)家開始將海洋與大氣耦合的第二代臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式納入業(yè)務(wù)模式體系，考慮了海洋反饋，弱臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)度預(yù)報(bào)有所改善，但強(qiáng)臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)誤差卻變得更大。

為什么會(huì)出現(xiàn)這種反差？一個(gè)重要的因素就是海浪。1991年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主、德國(guó)物理海洋學(xué)家克勞斯·哈塞爾曼提出“海浪可能在海洋與大氣交換中發(fā)揮重要作用”的猜想。圍繞這一猜想，多國(guó)學(xué)者持續(xù)攻關(guān)。我國(guó)學(xué)者取得3項(xiàng)原創(chuàng)性理論突破：一是發(fā)現(xiàn)海浪可以產(chǎn)生很強(qiáng)的湍流，其混合攪拌作用把海洋次表層的冷水翻卷到海洋表面，海洋表面溫度變冷，會(huì)降低海洋與大氣之間的熱量交換；二是發(fā)現(xiàn)海浪及其破碎產(chǎn)生的飛沫使大氣可以更順滑地在海面運(yùn)動(dòng)，通過減少摩擦阻力，臺(tái)風(fēng)會(huì)變得更強(qiáng)；三是海浪飛沫會(huì)攜帶海水的溫度進(jìn)入大氣中，增加了海洋向大氣的熱量輸送，使得臺(tái)風(fēng)變強(qiáng)。

基于這些理論突破，中國(guó)學(xué)者在國(guó)際上率先構(gòu)建了充分考慮海浪對(duì)臺(tái)風(fēng)反饋?zhàn)饔玫牡谌_(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式，并組建了中、美、歐國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，對(duì)2020—2024年西北太平洋所有經(jīng)歷快速增強(qiáng)的37個(gè)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果顯示，新模式精準(zhǔn)破解了臺(tái)風(fēng)快速增強(qiáng)預(yù)報(bào)這一國(guó)際難題，具備業(yè)務(wù)推廣基礎(chǔ)。

從海浪理論的突破，到三代臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)模式的迭代，再到人工智能的加入，人類對(duì)臺(tái)風(fēng)的認(rèn)知正在從“知其然”走向“知其所以然”。在人工智能時(shí)代，臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的終極挑戰(zhàn)，不只是算力和算法的競(jìng)賽，更是對(duì)自然規(guī)律理解深度的較量，基礎(chǔ)研究突破發(fā)揮著不可替代的作用。在全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)的今天，沒有任何一個(gè)國(guó)家能獨(dú)自應(yīng)對(duì)臺(tái)風(fēng)的威脅。唯有加強(qiáng)國(guó)際合作與成果共享，才能編織起更加細(xì)密可靠的全球氣象預(yù)警網(wǎng)。

（作者為自然資源部第一海洋研究所研究員）