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美议员提出新法案推进龙卷防御能力建设 发布日期 :2022-11-08  
  • 李婧华
  导语:美国是龙卷发生最为频繁的国家。3月5日爱荷华州发生EF-4级别龙卷袭击,而美国气象局却因一些技术问题导致预警传播出现延迟。这促使国会议员采取行动,提出一项“龙卷观测研究通告和部署行动法案”。该法案将要求NOAA努力改进灾害天气的预报和预警传播,以帮助防止未来风暴造成的生命和财产损失。本文介绍了该法案的主要内容特点,以期为我国气象灾害防御能力建设提供参考。
  一、背景:严重龙卷袭击美国NWS预警传播可靠性遭到质疑
  今年3月初,美国极端天气爆发导致龙卷,多个州遭到龙卷袭击。据统计,3月初,爱荷华州、威斯康辛州和印第安纳州就发生了30多起龙卷。其中,爱荷华州受为灾最严重。3月5日,三个超级单体席卷了该州,并产生8场龙卷,其中一场龙卷到达EF-4级别,最高风速为每小时170英里,6人在风暴中丧生。今年3月,美国初步报告了219场龙卷,有可能创下美国自1950年开始有可靠记录以来的新高。

  在爱荷华州遭受龙卷袭击时,美国气象局(NWS)却因一些技术问题导致龙卷预警传播出现了延迟,未能及时向受灾民众发出龙卷预警。其中在爱荷华州Winterset附近发布的龙卷预警延迟最长有7分钟。
  NWS公共事务主任Susan Buchanan表示,问题源于该机构的卫星网络在风暴期间因信息量增加而超载。位于枢纽位置的Dallas-FortWorth办公室工作人员在一条光缆受损后改用卫星网络,这增加了通过卫星网络发送信息的数量,从而影响了NWS发布预警以及向手机快速发送预警的能力。但她仍表示,尽管存在技术故障,NWS预报员还是能够在龙卷发生前20分钟内发出预警。
  此前美国气象界就强调过预警传播的重要性。2021年6月,NOAA环境信息服务工作组(EISWG)在一份声明中指出,NWS正在经历着日益增长的信息传输挑战,这可能是源自:(1)天气和气候相关数据的需求急剧增长;(2)基础设施建设和现代化不足;(3)在政府程序和资源严重不足的情况下开展工作很困难。EISWG提出的建议包括:设计并实施应急响应,加强与气象企业的联系,实施可扩展的架构以应对急剧增长的数据需求,以及加强用户管理、产品可用性及培训计划等。
  预警延误引发了人们关于极端天气对公共安全影响的担忧,在爱荷华州严重龙卷事件发生两周后,爱荷华州共和党参议员Joni Ernst和Chuck Grassley以及密西西比州共和党参议员Roger Wicker共同发起了“龙卷观测研究通告和部署行动法案”(Tornado Observation Research Notification and Deployment to Operations Act,TORNADOAct)(以下简称“龙卷法案”)(图2),旨在提高对龙卷和其他灾害天气的预测和认识,并要求NOAA审查救援预警推迟的潜在技术问题。如果该法案获得通过,将要求NOAA更新其向周边地区居民发送预警的方式。

  此外,爱荷华州共和党众议员Ashley Hinson和民主党众议员Cindy Axne联名致信NWS代理局长Mary Erickson,要求NWS解释造成预警延误的原因,并制定一项计划,以便今后解决这些问题。
  长期以来,气象学家一直在呼吁人们关注加强NWS传播能力。对此,AccuWeather高级副总裁兼首席气象学家Jonathan Porter表示:“很高兴看到立法者对国家准备、响应和应对龙卷的能力感兴趣,然而,我认为该法案需要
更多地关注加强NWS传播能力的可靠性,特别是考虑到近年来在许多极端天气爆发中NWS的传播技术所面临的挑战。NWS延误了爱荷华州的龙卷预警,这是NWS核心数据传播系统在最需要它们的时候出现故障的又一个例子。一条链子的强度取决于最薄弱的一环,而目前NWS数据传播能力是一个薄弱环节,这是一个重大的公共安全问题。”
  二、“龙卷法案”主要内容及特点
  这份15页的龙卷法案共提出5项改进重点:
  ·建立灾害风险沟通办公室,取消不必要或易混淆的灾害天气术语,改进沟通方式,以提高公众防御灾害天气的意识和行动;
  ·建立试点研究项目,利用社会和行为科学来实现灾害天气的现代化传播,测试实施新的灾害天气沟通技术的有效性;
  ·要求NOAA编制和提交一份行动计划,作为全美范围内实施龙卷高分辨率概率预测和预报的指南;
  ·鼓励NOAA评估当前的龙卷评级系统并进行更新;
  ·要求NOAA在进行灾后评估时与相关机构协调,以优化数据收集、共享和整合。
  优化风险通报
  法案要求维持和改进NOAA灾害天气和水事件的风险通报和传达系统,以告知公众采取行动和及时响应,防止生命和财产受到损失。法案建议设立或指定专门的“灾害风险传达办公室”,简化和改进有关灾害天气和水事件风险的通报。该办公室应确定、取消或修改不必要的或令人混淆的术语,并酌情增加新的术语;应改进通报灾害天气的形式、内容和方法,更明确地告知行动,增加公众采取行动的可能性来降低损失;并且与NWS协调合作,为其制定衡量标准,以跟踪和评估通告所导致的行动和响应程度。该办公室还应制定指导原则,以确保在传播灾害天气和水事件信息的公共平台上进行及时和一致的沟通。
  强调社会科学作用
  气象灾害预警是自然科学和社会科学的结合。近几十年来,在气象科学研究方面取得了许多进展,预报和预警能力得到显著改进。然而,社会科学在提高气象服务价值方面的潜力还没有得到充分发挥。2018年美国国家科学院(NAS)发布《气象事业中融入社会和行为科学》(Integrating Social and Behavioral Sciences Within the Weather Enterprise)报告指出,社会各界越来越重视减轻灾害风险、降低灾害脆弱性以及及时做出响应和实施救援,要实现这些雄心勃勃的目标,需要在气象事业中进行范式转变,将社会科学和行为科学成为研究和业务的一个组成部分。
  此次法案中同样强调了社会科学在其中发挥的重要作用。法案文本指出,要加强社会、科学、行为、风险和传播科学的研究。通报系统需要通过社会、行为、风险和传播科学的合理调查设计进行验证;还应考虑到各种人口统计学、弱势人群和地理区域的需求;以及各种类型的天气和水文灾害之间的差异等。法案还强调了社会数据基础设施的发展和使用,指出应建立、维护和改进NOAA中央存储系统,以获取与灾害天气和水事件通报有关的社会、行为、风险和经济数据。
  建立龙卷预报预警战略计划
  法案要求在颁布之日起一年内,向国会提交一份战略计划,利用下一代天气预报和预警框架,发展和优化龙卷高分辨率概率预报。战略计划中应包含以下内容的时间表和指导方针:(1)高分辨率数值天气预报模式;(2)高性能计算、可视化和传播的方法;(3)实时高分辨率的概率预报;(4)改进观测,包括雷达、卫星、无人机系统等;(5)建立灵活框架,向公众传达简单明了的灾害天气和水事件信息;(6)社会、行为、风险和传播学研究,以改进预报员的业务环境,提高社会公众对信息的接收和响应能力。
  在新的财年拨款中,关于观测系统和高性能计算,NOAA增加了投资金额。2022财年NOAA预算中增加对雷达和高性能计算的拨款。在4月发布的美国国会2022财年预算中(图3),NOAA预算增加了8%,共约59亿美元。在雷达建设方面,NOAA提出了新预算以评估相控阵雷达取代目前NEXRAD雷达网络的可能性,并将增加用于开发先进的相控阵天气雷达系统的资金。在高性能计算方面,NOAA将用于购置超级计算机的基础资金增加了500万美元,达到近5000万美元。美国国会鼓励NOAA“优先研究和预测海平面上升、沿海洪水和极端天气”。

  此外,NOAA还获得一项灾害恢复拨款,其中将有5000万美元用于升级超级计算机和观测设备。在2023财年,NOAA申请将高性能计算机购置的基础预算增加至6900万美元,以弥补研究和业务预报之间的计算资源差距。
  三、对我国气象灾害防御的启示
  加强预警发布与公众响应之间的联系
  曾有美国学者指出,联邦投入了大量的资金进行龙卷预报预警研究,但预警发布似乎与公众响应脱节,这需要科学家找出合适的语言和方式来向非科学界传达实际的灾害风险。此次一系列龙卷事件也表明,即使龙卷预测准确并发布预警,并不能确保公众能够及时做出响应。
  因此,此次龙卷法案中着重强调了沟通系统的重要性,指出建立清晰的预警发布和传播系统,并加强应急响应机制至关重要。气象灾害预警信息中通常包含较多的专业术语,有时导致民众无法正确理解预警信息的内容。提早预警为人们争取到了及时应对灾害的宝贵时间,但是民众显然未接收到足够的信息进而改变行动,或者说当局和民众处理预警的敏感度不足,从而导致无法采取有效避险措施。因此,需要加强气象灾害预警宣传,提高社会参与度,动员新媒体力量和群众力量同步响应信息传播。针对全社会,需要加强气象灾害防灾避险科普宣传教育,提升防灾避险科学素养,提高公众防灾避险意识和应用气象预报预警信息能力。
  加强龙卷等灾害天气的监测预报预警研究
  美国如此频繁地发生龙卷,主要与地理位置、气候条件和大气环流特征有关。美国处在中纬度,东临大西洋,西濒太平洋,南面为墨西哥湾,水汽充沛,雷雨云容易发生发展,容易满足强对流天气的形成条件。同时,美国平原区域多,无高大山脉阻挡,因而中南部平原被称为“龙卷走廊”。自20世纪90年代以来,美国依据先进的雷达,进行了大量的龙卷观测试验,随着雷达技术不断进步和观测积累,对龙卷结构和演变的认识也在不断完善。同时,在预测龙卷领域也取得了巨大进步,现在的龙卷预警率已高达97%。
  相比美国,尽管我国龙卷事件发生较少,但其造成的影响恶劣。近年来出现的强龙卷事件,提高了人们对龙卷的认识度和关注度,进而促进学者们对龙卷的研究,推动我国在龙卷观测设备和监测预报预警业务水平上有所进展。参照美国的经验,我国应汲取其技术成果,加快雷达业务及时升级和高性能龙卷探测雷达研制,组织龙卷科学观测试验,收集龙卷精细数据,探索中国的龙卷结构和活动规律,不断提升数值模式对龙卷天气的预报能力。此外,加强针对预报员的龙卷预报预警方法培训,提高预报员对龙卷灾害的判断能力,进而全面提升针对龙卷等灾害天气的预报预警能力。
  加强气象灾害防御立法行动
  气象灾害防灾减灾是复杂的社会工程,灾害预警信息的发布,可能成为影响人民生命财产的重要环节,建立相关法律制度和技术标准给予支撑保障十分必要。美国有较为完备的气象灾害防御法律体系。《美国联邦灾害紧急救援法案》以法律形式定义了气象灾害防御原则、救助范围和形式、防御措施以及政府各部门、部队、社会组织、公民的责任和义务等,为气象防灾减灾提供了法律依据和保障。此外,美国提出了许多气象相关的立法动议(链接1),为指导气象事业发展提供了法治保障。

  我国一直重视气象灾害防御立法。先后制定了与气象防灾减灾有关的法律,如《气象法》(1999)、《气象灾害防御条例》(2010)等。但在气象防灾减灾形势日益严峻,特别是极端天气多发的新形势下,现有法律法规存在一定的局限性,不能满足社会各方对气象防灾减灾的需求。因此,需建立完善现有法规体系,积极推进分灾种的气象灾害防御条例、气象灾害风险评估管理办法等相关法律法规出台,构建“政府主导、部门联动、社会参与”的气象灾害防御体制机制,保障气象防御工作有效开展,实现气象防御工作的信息互通、资源共享、协调配合和高效联动。
  延伸阅读
  1.https://www.congress.gov/bill/117th-congress/senate-bill/3817/text
  2.https://www.wicker.senate.gov/2022/3/miss-senators-introduce-bill-to-improve-tornado-fore
  casting-following-devastating-outbreak
  3.李峰,李柏,唐晓文,等.2020.近20年美国龙卷探测研究进展—对我国龙卷研究的启示[J].
  气象,46(2):245-256
  4.姚聃.2020.龙卷预报预警体系建设——气象现代化的前沿挑战[J].气象科技进展,
  10(6):19-22
  5.龙卷短临预警能力提升有多难?中国气象报,2022年4月11日