2019年，在新中國氣象事業70周年之際，習近平總書記對氣象工作作出重要指示，明確要求廣大氣象工作者要發揚優良傳統，加快科技創新，做到監測精密、預報精準、服務精細，推動氣象事業高質量發展，提高氣象服務保障能力，發揮氣象防災減災第一道防線作用。

大家熟知的夏季雷雨天氣通常是電閃雷鳴同時有陣雨、陣風、冰雹等，這就是氣象學上所稱的對流天氣。強對流天氣通常指的是短時強降水、雷雨大風、龍卷風、大冰雹等劇烈天氣，它們時空尺度小、突發性強、發展快、強度大，易于導致重大災害。比如，2015年6月，下擊暴流所致“東方之星”號長江游輪翻沉事件；2015年10月，超強臺風“彩虹”橫掃廣東沿海地區，造成嚴重災害；2016年4月，廣東東莞突發雷電大風強降雨，導致龍門吊倒塌事故。

中國強對流天氣發生頻繁，從初春到深秋、從華南到東北、西北都有強對流天氣發生。強對流天氣是國際氣象學界和業務天氣預報重點關注的主要災害天氣之一。

強對流天氣預報預警就是在監測當前天氣和大氣狀況基礎上，應用多種觀測資料和對這些天氣發生發展的物理規律認識，判斷未來一定時段的強對流天氣情況，包括未來哪些區域有對流風暴、哪些類型的對流風暴、哪些類型的強對流天氣以及它們的強度和持續時間等。

提高對這些災害性天氣的精密監測和精準預報能力，是筑牢氣象防災減災第一道防線。2009年，中國氣象局在國家氣象中心（中央氣象臺）成立強天氣預報中心。作為強天氣預報中心初創人員之一和強對流天氣重點創新團隊首席科學家，筆者和科研團隊同仁一起一直致力于相關科研工作并到一線指導相關防災減災實踐，通過十多年來不懈努力，強天氣預報中心研究團隊規模不斷發展壯大，強對流天氣業務預報能力持續提升，充分踐行了氣象防災減災第一道防線的職責和使命。

持續深化機理認識

強對流天氣是地球大氣復雜非線性運動的結果，也是多種尺度（分為空間尺度和時間尺度，空間尺度指的是大小，時間尺度指的是持續時間）大氣系統相互作用的結果，對其機理認識是一個不斷深化的過程。

為了給強對流天氣精準預報提供氣候背景認識，我帶領團隊利用長時間序列靜止氣象衛星、雷達、閃電、逐時降水、地面等多源觀測資料，深入分析了中國不同區域、不同尺度、不同類型對流風暴和強對流天氣，不同累積時段極端強降雨的氣候分布特征，發現了不同類型天氣的高發時段和高發區、不同區域和季節的日變化特征差異及其成因和所表征物理意義。例如，華南初春和華北春末夏初多強風冰雹、降雨小的“干”性對流，而盛夏多降雨量大的“濕”性對流等；針對不同強度降雨的氣候特征，揭示了中國總體降雨、不同強度層狀云降雨和對流性降雨以及極端降雨等不同性質的降雨日變化特征的異同、相互聯系和成因。

對流天氣的發生需要充足的水汽、一定的不穩定條件和抬升觸發機制。我們總結分析了對流天氣和強對流天氣發生所需條件的一些基本物理問題，總結了不同季節和區域分類強對流天氣等的環流特征等，包括春季高架對流、梅雨鋒強對流、暖區強對流、華南前汛期強對流、冷渦強對流以及東風帶強對流等，分別構建了形成不同類型強對流天氣的物理條件和機制模型等，給出了分類強對流天氣發生發展的必要環境條件和近似的充分條件，揭示了這些天氣發生發展所需要的大氣環境條件，為提高強對流天氣預報水平提供了更加深入的環境條件認識。

中小尺度對流風暴是各類強對流天氣的直接制造者。為了進一步提升強對流天氣的精準預報水平，從對流風暴（如超級單體、颮線、弓形回波等）的熱動力結構和微物理特征等方面，我們進一步揭示了雷暴大風、龍卷、極端強降雨形成機制，龍卷近地面渦度生消機制，下擊暴流加強機制，地面冷池對對對流風暴發展的作用等。

基于這些深化的機理認識，我們建立了分類強對流天氣的精細化短期和短臨預報分析技術規范和流程，提供了分類強對流天氣的預報思路和定量化指標，規范了基于自動氣象站、雷達、閃電和氣象衛星等觀測資料的中尺度天氣過程分析和臨近預報，引領和帶動了全國強對流天氣研究和業務的發展。

扎實創新監測預報技術

2013年以前，強天氣預報中心成立初期，基于常規地面觀測、重要天氣報、自動氣象站、閃電、雷達和衛星等多源觀測資料，我們應用模糊邏輯、聚類、卡爾曼濾波等算法發展了自動站資料質量控制技術、強對流信息提取和統計技術、對流風暴識別和追蹤、深對流云識別、中尺度對流系統識別和追蹤、雷暴單體識別和追蹤等實時監測、外推預報技術和氣象資料的客觀分析診斷技術，基于數值天氣預報資料和強對流天氣的環境條件，構建了分類強對流天氣短期預報技術，形成了業務化的強對流天氣綜合監測、分析和預報產品，為強對流天氣短期預報業務提供了支撐。

2014年到2016年，我們構建了基于雷達觀測資料的覆蓋全國的強對流特征量報警，包含龍卷渦旋特征、中尺度氣旋、風暴結構、風暴追蹤、冰雹指數等，發展了初生對流和不同發展階段對流風暴的臨近預報技術，建立了雷暴（閃電）和短時強降水等臨近預報產品；利用數值集合預報資料，發展了基于極端天氣指數的不同類型強對流天氣分析和短期預報技術；開始采用深度學習模型發展分類強對流天氣短期預報技術，在國際上率先把機器學習技術應用于分類強對流天氣短期短時預報中。

2017年以來，在科技部重點研發計劃項目資助下，我們聚焦龍卷、雷暴大風、極端降水等強對流天氣監測預報預警，深入挖掘雷達、衛星、自動站、高分辨數值預報等多源精細資料，綜合應用模糊邏輯、配料法、頻率訂正、多模式集成和機器學習等先進方法，研發了初生對流、下擊暴流、龍卷、大冰雹識別等監測算法，開發了基于隱空間條件生成模型的三維像素卷積循環網絡模型、對抗生成網絡（GAN）等深度學習技術的對流風暴和分類強對流天氣短時臨近預報方法，形成了一整套應用物理機理和人工智能相結合方法的強對流天氣監測、短期預報和短時臨近技術體系。

基于這些監測預報技術和信息技術，從強對流天氣監測、分析、臨近短時短期預報等方面構建了“強天氣監測和分析綜合業務平臺”和新一代中央、省、市、縣短臨協同預報業務系統（SWAN3.0），應用于氣象部門和民航等多個部門。這些系統平臺能夠快速處理多源和海量的氣象數據，具有標準化、高效化、專業化、模塊化和易學習、易推廣、易維護的氣象信息圖形加工能力，實現了氣象信息在網絡（Web）和網絡地理信息系統（WebGIS）中的應用。

提升業務預報預警能力

2005年，國家氣象中心（中央氣象臺）開始嘗試進行雷暴和強對流天氣短期預報，但并沒有進行天氣分類預報。

目前，我們團隊通過國際互聯網和業務內網實時發布國家氣象中心（中央氣象臺）的不同類別、不同時間段的強對流天氣分類監測產品；每年4月—9月每日3次定時發布未來24小時分類強對流天氣落區預報，1次發布未來48小時和72小時的強對流落區預報。2013年，中央氣象臺開始發布強對流天氣預警，分為藍、黃、橙3個等級，其中2015年4月28日首次發布黃色預警。從2015年起，中央氣象臺開始在氣象部門內部發布未來0—6小時的短時臨近預報產品。

得益于監測預報預警技術的發展和我們團隊能力的不斷提升，更多的強對流天氣被監測和精準預報。2015年4月28日，江蘇、上海等地發生了大范圍的大冰雹、大風等強對流天氣，中央氣象臺提前3天氣發布預報、提前1天發布強對流黃色預警，這是中央氣象臺歷史上首次發布強對流黃色預警。2022年“7·20”江蘇大風龍卷風過程中，我們實現了提早3天提醒關注，并在當天早間全國天氣會商中細致分析，多渠道提示政府、應急部門和民眾，取得了非常好的防災減災效果。

強對流天氣監測預報是國際難題和前沿研究課題，對它們的認識和預報技術發展還面臨很多困難和挑戰。我們將繼續深入研究強對流天氣的機理，努力攻關監測預報技術難題，把新技術轉化為業務能力，力爭盡早實現提前1小時預警局地強對流天氣、提前1天預報逐小時強對流天氣的氣象高質量發展目標，為實現中國式現代化和中華民族偉大復興保駕護航。

（作者為中國氣象局強對流天氣重點創新團隊首席科學家）

中國科協科學技術傳播中心、科學出版社與本報合作推出