2023年“7.31北京暴雨”是北京140年来最大降雨。一年来，海洋一所乔方利研究员带领团队通过在预报模式中加入海浪破碎飞沫，显著提升了模式对极端强降雨的预报准确性，这对应对极端天气和做好防灾减灾具有重要意义。相关研究结果近日发表在国际地球科学顶级期刊《Geophysical Research Letters》上。

大气数值模式是降雨预报的核心工具，极端天气过程的预报是国家综合科技实力的重要表征。随着对数值预报模式中物理过程的理解不断加深、模式分辨率不断提升以及观测网持续完善，几十年来数值模式对降雨预报的能力不断提升，但国内外多项研究结果表明：数值预报模式对极端强降雨的预报仍普遍存在低估的问题。以“7.31北京暴雨”为例，国内外多个预报系统能够预报出北京会出现强的降雨，但预报的平均偏差严重偏低。对于超过500mm的降雨，欧洲中期天气预报中心的平均误差偏低116mm，而美国全球预报系统的平均误差偏低451mm。业务系统中，预报员会结合自己的经验与数值预报结果给出降雨强度的预报，但根本的解决出路在于提升数值模式的预报能力。

海洋作为地球系统中重要的水汽源，已有相关研究证实了海洋提供的水汽在全球降雨中的重要贡献。海浪破碎产生大量飞沫，飞沫通过大气环流可以长距离输运，但飞沫对极端降雨的影响尚未见报道。

该研究团队利用该所自主研制的包含海浪过程的新型海-气-浪耦合模式FIO-AOW，通过开展对比数值实验，并以中国气象局提供的陆面降雨资料作为检验数据，探究飞沫对极端降雨预报的影响。实验结果表明，飞沫导致的底层湿暖空气由大气环流输运至北京区域，受到局地地形作用抬升后会增强北京周边的大气不稳定性，强化了此次强降雨过程。对于超过500mm的降雨，该模式的后报平均误差仅为4mm，本质性提升了强降雨的预报能力。更多个例测试正在进行中。

在过往研究中，海洋一所乔方利研究员带领团队发现海浪在上层海洋湍流混合中的核心作用，厘清了海浪调制海洋与大气通量交换中的关键过程，实现了理论突破；针对国内外台风强度预报几十年踟蹰不前的科学难题，将台风强度的共性预报偏差减小了40%；针对国内外持续了半个世纪的气候模式模拟共性偏差难题，通过考虑波浪作用，将模式偏差减小了近一半。

该研究论文第一作者是博士生李松霖，通讯作者为乔方利研究员，论文合作作者包括中国气象局麻素红研究员等专家。该研究得到了国家自然科学基金创新研究群体项目等的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1029/2024GL109923

各预报方案5天累计降雨量预报精度分析，包括美国GFS预报、欧洲ECMWF预报、大气模式（Ctrl Exp）实验、海气耦合无飞沫实验（Nsp Exp）和海气耦合包含飞沫实验（Sp Exp）。(a)预报的TS评分；(b)平均误差；(c)均方根误差

自然资源部第一海洋研究所