当前，正处于防汛关键期。习近平总书记强调，各地区各有关部门要进一步落实安全工作责任，加强监测预警和巡查排险，抓实抓细各项工作，切实保障人民群众生命财产安全。
守护人民群众生命财产安全，要向科技创新要答案。目前，一系列新科技正从实验室走向防汛一线，推动防汛减灾从“被动应对”向“主动预判”转变。
本期“院士讲科普”栏目邀请中国工程院院士沈学顺、张建云、殷跃平，聚焦防汛减灾的前沿领域，从空、水、地等3个维度系统解读其中的“含新量”，让我们看到防汛中的“科技密码”。
——编 者
气象预警如何做到更快一步
气象“芯片”持续优化，提升准确性
本报记者 蒋雪鸿
当前，我国进入“七下八上”防汛关键期。灾害的防、抗、救均与气象条件密切相关，气象也因此被赋予了“第一道防线”的定位。
“现代防灾减灾救灾高度依赖预警联动机制。”中国工程院院士、中国气象局地球系统数值预报中心研究员沈学顺说，防汛时，气象部门看清风云的走势、算准暴雨的量级，提早发出警报，才能让后续的水利调度、群众安全转移、应急资源部署等工作有条不紊地运转。
风云变幻，气象预警如何做到更快一步？这就必须提到被誉为气象“芯片”的数值预报模式。数值预报模式是基于数学物理学方法，将大气的运动规律化为“方程组”，把大气状况的“初始值”代入“方程组”，利用超级计算机演算未来的各种气象情况。预报员在计算结果的基础上，作出最终决断，形成天气预报。“数值预报模式就是天气预报的‘上游’，是产生天气预报的重要数据源。”沈学顺说。
数值预报模式如何发挥防汛减灾作用？
“江河定期的涨水叫汛，汛与降水是密切相关的。”沈学顺解释，造成江河流域水位上涨、引发汛情的降水，既可能来自台风、冷涡等大尺度的天气系统，也可能来自催生局地暴雨、强对流天气等的中小尺度天气系统。
“对于大尺度的天气系统，数值预报模式已发挥作用。”沈学顺说，比如预报体量庞大的台风，通过全球数值预报模式预报受高空引导气流影响的台风路径，而区域高分辨率模式则进一步预报台风的强度及其带来的风雨影响，两者配合，为后续的防灾减灾拉网布局提供一张“防汛地图”。面对今年影响我国的台风“巴威”，数值预报模式全天候高速运转，协助相关部门动态更新台风防御的“时间表”和“路线图”。
然而，预报中小尺度天气系统仍是数值预报界的世界级难题。暴雨、强对流天气等持续时间相对较短，空间尺度往往只有几公里到几十公里，其发生过程在数值预报模式中很难被完全模拟。
为了把天气系统算得更准，我国气象“芯片”跨越了哪些科技关卡，未来又将如何继续发展？
沈学顺介绍，首先是分辨率不断提升。分辨率如同相机的像素，像素越高，画面越清晰，会直接影响数值预报模式的准确性。目前我国全球模式的分辨率已达12.5公里，与国际水平接轨。同时，在利用国产风云卫星、海洋卫星等方面取得了长足的进步。通过先进的资料同化技术，相关信息被实时整理并代入“方程组”，提升预报能力。
谈及未来，沈学顺的目光投向了更广阔的科学前沿，“数值预报模式的分辨率将继续提升。同时，科学家正在借助人工智能进一步优化‘方程组’，提高准确性。”大气运动本身存在极强的混沌性与不确定性，叠加当下全球气候变化带来的气候环境复杂化、极端天气气候事件频发多发等新形势，大大增加了气象预报的难度，也对数值预报模式的精度、适配性和应变能力提出了新挑战。“数值预报模式迭代，是一个持续探索、完善的过程，只能不断缩小误差、提升预警效能，尽最大可能降低灾害损失。”沈学顺说。
怎么预判大江大河洪水
防汛“耳目”和“参谋”更智慧
本报记者 王 浩
“雨下了多大”“水位涨多高”，雨水情信息的监测预报预警是防汛救灾的“耳目”和“参谋”，是科学调度决策、加固堤坝、转移避险救灾的重要基础支撑。近年来，一系列新技术、新设备不断应用，雨水情监测预报“三道防线”建设不断推进，“耳目”和“参谋”更智慧。
什么是雨水情监测预报“三道防线”？中国工程院院士、水利部科技委副主任张建云介绍，这是由气象卫星、天气雷达和水利测雨雷达网、雨量站网、水文站网加上“降雨—产汇流—洪水演进”预报模型共同组成的“防线”。目前，全国大江大河洪水预见期已从3天延长到10天。
“第一道防线”紧盯“云中雨”。张建云说，卫星遥感、天气雷达、水利测雨雷达等实时监测云团演变、水汽条件和降雨发展趋势，提前预测暴雨落区、时间和强度，并以降水预报驱动水文模型。截至2026年6月，水利系统已建成240部水利测雨雷达。
“第二道防线”紧盯“落地雨”。张建云介绍，一方面，过去难以精准掌握雨下到哪里、特定区域下了多少等情况，如今测雨雷达和多源降水信息的监测融合应用，提高了计算精度。另一方面，分布式水文模型、“物理机理模型+数字模型”双驱动洪水预报方法等，能准确反映面雨量分布，有效提升洪水预报精度和可靠性。
“第三道防线”紧盯“河中水”。张建云介绍，通过准确的水文站水位、流量等洪水实时监测数据，水文学模型与水动力学模型的耦合应用，可以推演洪水的演进路径，分析洪水淹没范围和退水过程，持续开展滚动传导预报。
让数据“跑”在洪水前，能为防汛救灾赢得主动权。张建云介绍，目前，近2000条河流、4300余个断面实现洪水作业预报常态化。
一些水文测站降雨量超过历史极值，部分传统干旱地区多次发生破纪录暴雨洪水……如今，部分水文气象规律的变化，打破了传统认知。这对防灾减灾救灾工作提出更高要求。“我们必须坚持科技创新，推动信息技术、人工智能等在防汛减灾领域的运用，让监测预报预警更精准、更及时，不断提升抵御水旱灾害能力。”张建云说。
数字孪生水利就是一项重要的创新成果。“面对极端天气频发、复合灾害链放大、下垫面不断变化等挑战，传统依赖单一信息、单一模型、经验判断和临场处置的防汛减灾模式，已难以满足复杂多变的防洪需求。”张建云介绍，数字孪生技术把江河湖库“搬”进互联网，能开展预报、制定预案。
“虚拟世界”预演，可以通过高保真数字底板开展洪水预报预演与情景分析，模拟不同暴雨洪水过程，预测洪峰抵达时间、最高水位、淹没范围等关键指标……在数字空间反复模拟分析水库群调度等方案，防汛人员能提前识别风险点和薄弱环节，将数字世界的算力转化为防汛一线的能力。
“防灾减灾救灾是一项长期任务。”张建云表示，抵御水旱灾害必须把人防和技防紧密结合起来。一方面，防汛救灾的新情况、新特点对技术创新提出更高要求，要紧盯短板弱项，在仪器设备等关键技术领域持续发力；另一方面，要始终筑牢责任的“堤坝”，让好技术真正发挥作用。
地质灾害防治手段有哪些升级
防控范围由“点”向“面”拓展
本报记者 常 钦
“极端气候正在重塑我国地质灾害的发生规律与风险格局。”中国工程院院士、自然资源部地质灾害技术指导中心首席科学家殷跃平说，传统“南涝北旱”格局正在发生变化。北方暴雨频次、强度大幅抬升，南方暴雨呈现旱涝极端分化，极端降雨表现出短时雨强激增、旱涝急转……这不仅提升了传统高风险区的灾害活动性，也使以往相对不易成灾的区域相继出现群发性地质灾害。
极端气候条件下，地质灾害防治面临哪些新挑战？
一个突出变化，是灾害分布从单点隐患向全域风险面延伸。殷跃平说，大量中低易发区受极端降雨影响，可能转变为中高易发区，防控范围须由“点”向“面”拓展。
隐患还变得更小、更隐蔽。过去防控重点是规模数十万立方米甚至更大的大中型滑坡崩塌，当前全国山区超95%的地质灾害却是几万乃至几立方米的中小型致灾体。更棘手的是成灾机制转变：极端降雨引发的灾害多发展为高位启动、远程运移、连锁转化的动力灾变链。
殷跃平表示，这意味着，风险评估不能只判断坡体“会不会滑”，还要计算失稳后“能滑多远、影响哪里”。
风险在变，防治手段也在升级。“经过数十年实践，我国逐步建立起调查评价、监测预警、应急处置和综合治理相结合的防灾减灾救灾体系。”殷跃平说。
自然资源部自2022年起研制发射多颗陆地探测卫星，构建“空—天—地”一体化立体观测体系，增强高易发区隐患识别能力。
发现隐患后，怎样持续“盯住”？北斗位移监测，雨量、裂缝传感和人工智能视频监控等设备，能够捕捉坡体失稳前兆。
殷跃平介绍，从贴条、埋桩等传统办法，到监测地表变形、位移、降雨量和土壤含水量的第一代自动化设备，再到以雷达可视化为代表的第二代设备，监测手段不断升级。我国已累计建成监测站点7万余个，安装各类监测设备30余万台套。
数据传回来，更要科学“算”。殷跃平提出，要融合降雨、地质条件等多源数据，构建“地质+降雨”耦合研判模型，区分常态风险与极端降雨诱发的链式动力灾变风险，量化高位滑坡、崩塌等灾害可能远程运移的范围。这好比把一张静止的照片变成一段动态的影片：不仅观察坡体当前状态，还要推演它失稳后怎样运动、可能影响哪些区域。
值得注意的是，我国地质灾害点多、线长、面广、“存量大”，加之孕灾条件、成因机理和致灾模式复杂，隐蔽性、突发性和动态性强，现有技术手段尚不能对所有地质灾害隐患风险实现及时、精准辨识和防范。“科技是防灾减灾的有力支撑，但不是‘万能钥匙’，防灾减灾需坚持人防、物防、技防、工程防相结合，久久为功。下一步，我们将不断强化基础调查工作，深化理论技术方法研究，聚力破解地质灾害隐患动态识别、风险研判、精确预警、精准防控等难题，尽最大努力保护人民群众生命财产安全。”殷跃平说。
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