当暴雨、洪灾来临时，科技能做什么？
在自然的绝对力量面前，科技能发挥什么作用?
文/张核 编辑/杨杨 刘景丰
制图/王泽华
来源：甲子光年
谁也没想到，一场暴雨会在半天内演变成一场灾难。
7月20日早晨，郑州出门上班的市民收到几条暴雨红色预警，但在多雨的季节，这就像一种例行提示，大多数人并未在意;但到了当天16点至17点之间，郑州市一小时降雨量超200毫米。往常这是雨季一个月的雨量。
突如其来的暴雨，几乎让整座城市陷入汪洋。截至7月25日12时，暴雨及洪涝造成河南省1144.78万人受灾，63人死亡，5人失踪，通信、电力、水力等多处基础设施遭到破坏。
暴雨尚未停止。根据河南省气象台预报，7月26日至28日，省内大部分地区仍有持续降雨，东南部地区还有可能继续遭遇短时强降水。
在暴雨灾害过后，很多人将灾害的原因之一归咎为预警不够。但根据河南省气象局副台长苏爱芳的说法，气象局在7月13日就关注到暴雨气象，并且在7月16日9时50分就发布了河南省的第一次暴雨橙色预警信号。
从结果看，这并没有减弱洪灾的破坏力。科技力量在自然灾害面前“失灵”了吗?为什么暴雨预警没能唤起足够高的防灾意识?什么样的技术帮助人类减缓极端天气带来的影响?
暴雨洪灾，是极端天气之一。实际上，全球都在遭遇极端天气，在河南暴雨开始的前一周，欧洲各国也遭遇了罕见的暴雨灾害，德国、奥地利、比利时等多地受灾严重;过去七个月中，已经先后出现了北美寒潮、澳洲洪水、美国墨西哥高温旱情。
全球频发的极端气象，正考验着当下的科技时代。除了预警之外，科技在应对自然灾害中还能起什么样的作用?在此时讨论这个问题，显得愈加必要。
1.难以预报的暴雨
在16日首次发布暴雨预警之后，河南气象台的预警一直没有停过。从16日到19日，河南气象局日均发布5条以上预警信息。
只不过，预警程度在黄色、橙色、红色中多次变化。了解气象知识的或许明白，短期内的气象预测由于瞬时变化多，因此精准预测的难度很大。
7月20日早上8点，河南气象局再次发出暴雨黄色预警，严重等级三级;当日上午9点，暴雨预警升级至红色，严重等级一级，此后更是连发五条红色预警。
但对中原地区居民来说，雨季收到暴雨提醒是一件颇为平常的事情，这些预警并没有让大部分市民做好应对措施。
直到当天下午，一场罕见的特大暴雨袭来。据央视新闻7月20日晚18点消息，河南嵩山、新密、新郑、登封、偃师5个气象站当日降水量记录已经突破有记录以来的极值。
河南嵩山国家气象站始建于1956年，自有记录以来，该气象站所承担的监测范围内，省内的年平均降水量大约为800毫米。但仅在7月19日6时至20日15时之间，河南新中镇的降水量已经达到了609.1毫米。
而根据中国气象局规定，24小时内降雨量在50毫米以上，即为暴雨。
四川省气象局原副局长马力接受媒体采访时提到，天气变化是瞬间过程，但短时预报的误差性太强，越到临近时间，降雨的范围和强度其实越是随机的，也越考验我们的观察能力。
而郑州此次面对的降雨情况，非常罕见，由于过去缺乏经验积累，很难准确预报。
对于气象稍有了解的或许知道，定点、定时、定量的准确预测是暴雨天气预测技术中仍未解决的难点。中国气象局预测减灾司副司长翟盘茂曾经表示，大气运动的每一个环节都存在某些不确定性，尽管在各国气象领域，几乎都应用了最先进的计算设施，但要想提高天气预报的准确率仍是一个世界性难题。
国内知名的“天河二号”超级计算机，其中的一部分算力就是用在天气预报上。如今的天气预报，其实是预报模型与气象数据传到天河超级计算机上，通过计算得出的预报结果。由于天气情况是由巨量的动态参数决定的，比如湿度、压力、海拔、地形等等，因此随机性较大。一般来说，在天气系统性比较强的情况下，气象模式算出来的结果比较准确。
目前气象预报中采用的技术，如雷达和卫星云图，解决的是预测是否有极端天气发生的问题。而降水量是50ml还是200ml，在雷达和卫星云图上，几乎看不出差别。
此外，根据中央气象台报道，这次暴雨受西太平洋台风“烟花”的影响。因此要更准确地预测这次降雨量，起码是要获得亚欧范围内的大气环流强度，但现实的情况是，很多地区的站网建设情况较落后，能获得的资料并不充分。
因此，现在的高科技，在精准的暴雨预测中仍面临诸多困难。
2.预警如何更有效?
如果现实条件是不可抗力，那么预警体系可以看作人为可控因素。
“是有收到预警，但没有人会想到20号下午就会那么大，也没人会因为暴雨预警不上班的。这是暴雨预警，又不是洪水预警。” 收到短信预警的一位郑州市民告诉「甲子光年」。
7月20号当天，不仅气象局的红色预警持续在发送，根据河南本地宝消息，下午1点开始，郑州的东三环、南三环多处路段就已经因积水断行。即使是这样，仍有不少人走上街道，地铁等公共交通依然没停运。
而且，一些预警渠道在关键时刻也没能发挥好的作用——APP的消息提示优先级不够高，短信、电视、广播的有效触及率大不如前，甚至相关机构内部的上通下达也需要花费一些时间。
据南方周末报道，一位郑州市防汛抗旱指挥部的干部指出，预警不是法律，主要还是建议。员工是否去上班取决于用人单位，不同学校收到停课通知的时间也相差达一天之多，有些学校是在暴雨已经成势的20号下午才收到通知。
尽管预警并不能阻止灾害的发生，但如果能提前几分钟甚至几个小时做出应对，那灾害造成的损失将大大降低。以日本为例，作为地震多发国，在地震来临的十秒内，有一套全国瞬时警报系统。警报系统接入的是运营商系统，也就是说，手机只要有信号，在警报被发出的时候，就会收到配合特殊铃声的最高优先级弹屏，电视、广播等播出内容也是立时跳出。
民众基于应对地震的经验，在收到警报的第一时刻，各部门采取相应的应急措施：使行驶中的列车减速停车、燃气和电力公司及时关闭危险设施、人员尽快撤到安全地带。
此次带来的教训是，每一次严重灾害的预警，都要得到足够的重视。
3.救灾中的科技力量
在这次暴雨灾害中，真正让灾民实地感受到的科技力量，则是在救援中，包括无人机、动力舟桥与机器人、卫星监测、信息流整合、自动测温、地理信息技术等尖端科技让救援效率大大提升。
无人机系统
7月21日晚，一条消息引起了关注。中国新型系留无人机天枢-A8投入河南灾区抢险，为灾区提供包括照明、值守等应急保障工作。
极端灾害发生时，保障通信就是保障应急救援的“生命线”。失去通信信号会导致求助信号无法发出，抢险救灾现场的指挥调度无法展开。
洪灾中，应急通信车无法进入，断水、断电、断网，对通信光缆的接续抢修更是无法进行。
7月21日下午18:21，翼龙无人机到达巩义市米河镇的通信中断区，通信开始恢复。不过受翼龙无人机滞空时间限制，此次公网恢复时间只有五小时。22号，翼龙在补充燃料后再次出发，为郑州城区正东的中牟县的阜外华中心血管病医院的救援工作提供网络保障。
动力舟桥与机器人
7月23日上午7时，两架长40米宽8米的动力舟桥，在河南新乡市的积水水面上架设完成。四个小时后，1000多名被困村民完成紧急转移。
被称为“生命之舟”的动力舟桥，单次可载450人，对比之下，救生皮筏一次只能乘最多6人。洪灾之中，动力舟桥可以做到快速架设、安全承重，此前已在安徽池州、江西鄱阳问桂道决堤救援中发挥巨大作用。
动力舟桥还可以直接运送挖掘机、推土机等大型机械，有效解决涉水抢险难题。
7月21日，救援人员抵达郑州积水较深的京广北隧道口，展开抽排水作业。隧道共长约4.9公里，初步预计排水50万立方米。截至当天下午3时40分，龙吸水已连续抽排水3小时，总抽排量近1万立方米。
此外，118台“海豚一号”救生机器人也于21日凌晨2时抵达郑州开展救助工作。救生机器人只需一位救援人员在岸上或船上即可操作，航行速度3米/秒，可承重150公斤，能同时拖拽3个成年人，在溺水救援的“黄金5分钟”内，救援效率与质量都远优于人力。
2020年7月，“海豚一号”就曾投入到江西、湖北等地参与抗洪救灾，拯救落水人员。
卫星监测
中国在太空的朋友也参与了此次地面救援。7月21日起，我国的风云气象卫星与高分辨率对地观测高分二号卫星同时将视野对准河南上空，实时监测河南雨势、雨情变化，为实时天气形势研判和后续灾情评估提供高技术天基观测支持。
据媒体报道，高分卫星在21日内成像2次，获取灾区有效数据3景，共享历史数据3景，这些数据在第一时间提供给应急管理部、国家减灾中心等8家单位，用于洪涝监测和灾后评估。
卫星定位、探测技术在抗震救灾中的应用已经相对成熟。2008年汶川地震时，北斗系统就在通信中断、道路不通的紧急情况下，完成了空间定位、时间基准等灾情信息的搜集与传送。
国外已经形成了相对成熟的卫星产业链。美国太空技术公司SpaceX推出“星链”计划，完整版“星链”计划卫星总数将达到 4.2 万颗 。其中，高轨卫星的主要应用就主要解决导航定位、应急通信的问题，中轨卫星、低轨卫星则主要用于卫星移动通信、互联网接入服务。
在近日的德国洪灾中，SpaceX的星链卫星就已发挥作用。莱茵兰-普法尔茨州内，由于大量移动基站被冲毁，因此目前移动通信并未完全恢复正常。SpaceX通过设立星链天线设备，提供完全免费的卫星宽带服务，为当地救灾提供通信保障。
信息流整合
7月20日晚上，网友manto创立腾讯共享文档《待救援人员信息》，24小时内这份文档被上千网友自发维护;人民日报客户端、微信、支付宝、高德地图等多个app内上线求助信息小程序，杂乱而庞大的信息流被有条理地收集、归类，点到点的救援效率提升。
高德地图在2020年7月就上线了“积水地图”，在此次郑州暴雨前期，该功能的作用是及时提醒路面司机绕行危险路段。在此次洪灾中，高德地图在紧急更新“积水地图”功能后，用户不仅可以在平台看到道路积水情况，还能获得周边避难场所的位置信息、救援队电话等资讯，同时还可以通过聊天室发布即时求助信息。
暴雨之后，除了封路断行、路面积水，道路还有可能存在障碍物、塌方等情况。因此，高德还上线了“险情上报通道”。该系统后台联结着郑州交警使用的“全境智能安全应急大屏”，用户上报的险情信息，会第一时间成为交警进行灾情研判、指挥调度的信息支持。
触及不到尖端科技的普通民众们，也在通过互联网、共享文档、实时求助小程序，尽力让每一个求助信息有回应。
自动测温、地理信息技术
随着洪灾慢慢平息，科技在灾后重建中的作用越来越凸显。无人机消杀、自动测温系统等防疫措施已开始在郑州灾区部署。
地理信息技术是灾后重建的重要手段，可以为灾后重建规划提供信息支撑。
以交通为例，在对四川地震中受灾严重的川九路进行重建时，四川省公路设计院公司基于地理信息云平台和地理空间信息技术，整合了沿线地形、地质灾害、交通道路及环境等数据，实现了地理空间信息数据的三维可视化，同时通过对重点路段的情况进行分析，为重建后的运营持续提供数据支持。
4.技术应对全球变暖
如果把目光从河南放大到全世界，极端气候正在全球肆虐。
仅今年以来，暴雨引发的洪灾已经在德国、比利时等欧洲发达国家造成近200人死亡;美国西部和加拿大多地气温直逼50摄氏度，极端高温造成电力中断、水资源紧缺，迫使数千人逃离家园。
极端气候频发，一个根本的原因是全球变暖正在加速。
近20年，全球高温记录逐年刷新：1998年的全球平均气温，被世界气象组织宣布是自1860年开始保存完整气象记录以来最高的;在2010年、2013年，世界气象组织气候记录再次被刷新;2020年1月，美国宇航局联合美国国家海洋和大气局宣布了最新全球气温情况，2019年是有记录以来第二热的一年，而第一热的年份是2016年。
气候变暖的背后，则是碳排放在加速。数据统计，工业革命时期，地球表面空气中二氧化碳浓度约为280ppm(百万分比浓度);而如今这一浓度已超过400ppm，上升了近50%。
因此，应对极端天气的最根本原因，是减少温室气体尤其是二氧化碳的排放，并且降低大气中二氧化碳的含量。
在减碳上，除了植树造林、绿色生活生产等常规方式外，近几年也兴起一些技术手段，比如碳捕集与封存技术(简称CCS)。
该技术的原理是通过设备把大型发电厂所产生的二氧化碳(CO2)收集起来，并用一些方法储存以避免其排放到大气中。这种技术被认为是当下煤炭密集工业领域减排二氧化碳的唯一技术路径，且其减幅可以达到90%之高。
近年来，国际上已有一些大型CCS项目在运行。例如美国德克萨斯休斯顿的NRG‘s WA Parish发电厂，自2017年1月已引入了全套CCS设备，每年可捕获二氧化碳140万吨。
此外，值得关注的还有固碳技术，即通过生态建设、土壤固碳等组合工程去除不得不排放的二氧化碳。而当下的新能源热，能源结构转型，其实也是政府在减碳上的布局之一。
但是，由于CCS、固碳等技术在实际应用中性价比低，甚至为了减碳、捕捉碳可能消耗更多的碳排放，因此难以大规模普及;而新能源的应用也受电池等储能技术的制约，推广进度仍然缓慢。
尽管艰难，但这是必须要走的路。今年以来，随着我国“碳达峰”“碳中和”的目标已经明确，科技创新将是实现这一目标的重要保障。中国科学院院士丁仲礼在此前的中国科学院学部第七届学术年会上就提出，碳中和应强调“技术为王”。
长期来看，要想应对、改变当下的极端天气，唯有靠科技。