從預(yù)報天氣到預(yù)測氣候 我國公眾氣象服務(wù)進一步拓展
從預(yù)報天氣到預(yù)測氣候(深度觀察)
核心閱讀
面對全球變暖、極端氣候事件頻發(fā)給人類帶來的挑戰(zhàn)，加強氣象預(yù)報預(yù)測并及早未雨綢繆，是應(yīng)對氣候變化的重要舉措。
近日，中國氣象局面向公眾發(fā)布氣候預(yù)測信息，今后大家可以通過國家氣候中心及各地氣象局官方網(wǎng)站，查詢未來一段時間的氣候預(yù)測結(jié)果。這對持續(xù)提升我國氣候預(yù)測水平、更好地應(yīng)對氣候變化具有重要意義。
氣候預(yù)測包括哪些內(nèi)容？預(yù)測準確率怎么樣？我們?nèi)绾慰茖W用好氣候預(yù)測，更好促進人與自然和諧共生？針對這些問題，記者進行了采訪。
什么是氣候預(yù)測？
主要是對延伸期(11天到30天)、月、季節(jié)和年度氣候趨勢進行預(yù)測。核心技術(shù)長足發(fā)展，讓我國氣候預(yù)測準確率穩(wěn)步提高
葡萄枝條在架子上萌發(fā)攀爬，嫩綠的片片新葉生機盎然。河北省張家口市懷來縣桑園鎮(zhèn)夾河村，村民郝忠元正在葡萄園里忙著澆地、抹去多余的葡萄芽。
葡萄露天種植，天氣氣候著實關(guān)鍵。4月12日晚上，一股寒潮襲來，老郝和家人趕忙在地里點起火堆給葡萄增溫，好多新芽還是凍壞了�！胺N地，最盼能摸準老天爺?shù)钠�！”老郝說，“除了一兩周以內(nèi)的天氣預(yù)報，如果能提前知道更長時期的天氣就好了，這樣就能及時調(diào)整葡萄出土時間，準備防災(zāi)物資，降低氣候帶來的影響�！�
老郝渴盼了解的“天氣預(yù)報夠不著的天氣”，專業(yè)名稱就是：氣候預(yù)測。
氣候預(yù)測主要是對延伸期(11天到30天)、月、季節(jié)和年度氣候趨勢進行預(yù)測，包括氣溫、降水等氣象要素相較于平均狀態(tài)的偏離程度，重要天氣過程和極端天氣氣候事件等。
今年3月23日世界氣象日，中國氣象局首次面向公眾發(fā)布未來11天到30天的《氣候預(yù)測公報》。4月2日，在中國氣象局召開的新聞發(fā)布會上，有關(guān)負責人介紹了今年全國汛期氣候趨勢預(yù)測情況，這是氣象部門第一次向公眾發(fā)布全國汛期氣候趨勢預(yù)測。
“我國是世界上最早開展氣候預(yù)測業(yè)務(wù)的國家之一�！眹覛夂蛑行氖紫A(yù)報員、氣候預(yù)測室總工程師陳麗娟說，“不過，氣候預(yù)測是大氣科學領(lǐng)域的世界性難題，而我國處于東亞季風區(qū)，季節(jié)和年際變率大，影響我國氣候的系統(tǒng)復雜，氣候預(yù)測信息還有較大的不確定性。因此，此前的氣候預(yù)測服務(wù)主要面向政府部門，供各行業(yè)作為決策參考，沒有向公眾發(fā)布。”
近期，中國氣象局經(jīng)過深入調(diào)研分析，決定開始向公眾發(fā)布氣候預(yù)測信息。從事氣候預(yù)測研究和業(yè)務(wù)工作已有26年的陳麗娟感到“肩上的壓力更大了”。不過，她和同事們也清楚地認識到，“隨著經(jīng)濟社會各方面需求的持續(xù)增加、科技的發(fā)展進步，這件事勢在必行�！�
天氣預(yù)報對人們的生產(chǎn)生活、交通出行幫助很大，但天氣預(yù)報主要提供最近幾天的信息，這與現(xiàn)代生產(chǎn)生活多方面的需求還存在差距。隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，很多領(lǐng)域需了解更長時間的氣候預(yù)測信息，各行各業(yè)對氣候預(yù)測的需求很迫切。
與此同時，我國持續(xù)推進氣候業(yè)務(wù)能力建設(shè)，通過科技創(chuàng)新、潛心發(fā)展，氣候預(yù)測業(yè)務(wù)完成了從以物理統(tǒng)計為主，到以氣候預(yù)測數(shù)值模式(簡稱氣候模式)為基礎(chǔ)、動力與統(tǒng)計方法相結(jié)合的轉(zhuǎn)變，以氣候模式為代表的氣候預(yù)測核心技術(shù)有了長足發(fā)展，客觀化預(yù)測水平有了很大提升，氣候預(yù)測準確率穩(wěn)步提高。
“以前我們發(fā)布氣候預(yù)測信息時可能信心不足，現(xiàn)在報得比較好了，這也為面向公眾發(fā)布氣候預(yù)測增添了底氣�！敝袊こ淘涸菏�、國家氣候中心首任主任丁一匯說。
怎樣預(yù)測氣候？
氣候模式是基礎(chǔ)，科學家編寫反映很多數(shù)理方程原理的復雜程序，再通過最先進的超級計算機進行運算
呈現(xiàn)在我們面前的氣候預(yù)測“產(chǎn)品”，到底是怎樣“生產(chǎn)”出來的？
“現(xiàn)代氣候預(yù)測主要基于氣候模式和物理機制診斷相結(jié)合的辦法�！眹覛夂蛑行闹魅嗡芜B春介紹，經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，目前國內(nèi)外氣候模式對氣候系統(tǒng)的模擬、刻畫已經(jīng)比較全面。
地球的氣候系統(tǒng)由海洋、陸地、大氣、冰凍圈、生物圈這五大圈層構(gòu)成，非常復雜。氣候模式可以說是對氣候系統(tǒng)的數(shù)學表達，科學家編寫反映很多數(shù)理方程原理的復雜程序，再通過超級計算機進行運算，對未來的氣候演變趨勢作出預(yù)測。氣候模式要用的數(shù)據(jù)量大得驚人，往往達到幾十個TB(萬億字節(jié))，有的預(yù)測要用高速計算機“轉(zhuǎn)”好幾個月。
“另一方面，氣候模式雖然有長足的發(fā)展，然而在準確模擬海洋、陸地、大氣、冰凍圈、生物圈等多圈層的相互作用方面，還有很長的路要走�！彼芜B春說，“因此我們在氣候預(yù)測中，會基于大量歷史觀測數(shù)據(jù)，利用數(shù)學和物理規(guī)律，診斷全球海洋、海冰、陸面過程等對東亞季風環(huán)流的影響，這也是非常重要的手段�！�
宋連春表示：“實際氣候預(yù)測業(yè)務(wù)中，是以氣候模式為基礎(chǔ)、動力與統(tǒng)計方法相結(jié)合‘兩條腿走路’，獲取氣候模式預(yù)測信息和機理診斷的關(guān)鍵要素預(yù)測信息，進行最優(yōu)集成，然后給出氣候預(yù)測結(jié)論�！�
在科研工作者的不斷努力下，如今我國的氣候模式已發(fā)展到第三代。這一模式由國家氣候中心吳統(tǒng)文研究員帶領(lǐng)團隊自主研發(fā)，于2020年11月通過評審，進入準業(yè)務(wù)化運行。第三代氣候模式的氣候預(yù)測性能有明顯提升，達到國際先進水平。
“隨著物理、數(shù)學、化學等領(lǐng)域的科技進步以及計算機的發(fā)展，我國氣候預(yù)測準確率呈現(xiàn)螺旋式上升的趨勢。”陳麗娟說。
“在氣候預(yù)測業(yè)務(wù)歷史上，有很多成功的案例�！标慃惥杲榻B，例如，2018年汛期預(yù)測東亞夏季風偏強，我國北方地區(qū)降水明顯增多，長江中下游降水偏少，對全國夏季旱澇分布的預(yù)測與實況基本一致。
“當然，受科技發(fā)展水平的限制、人類認知的局限以及可預(yù)報性上限的影響，氣候預(yù)測還有不準確的方面。”陳麗娟坦承。
她舉例說，對2008年的南方低溫雨雪冰凍事件，沒有提前一兩個月預(yù)測出來。在那以后，我國設(shè)立了一批科研項目，通過深入研究，對氣候變化背景下出現(xiàn)持續(xù)性低溫冷害的機理認知更為清晰，對這類極端氣候事件的預(yù)測和服務(wù)也取得了明顯進步。
“氣候預(yù)測準確率是有‘天花板’的�！标慃惥暾f，一般認為，氣候預(yù)測準確率上限為75%至85%。目前，我國氣候預(yù)測的準確率達到70%左右。
氣候預(yù)測如何應(yīng)用？
影響氣候的因子極為復雜，不確定性較大。公眾要科學合理地使用預(yù)測結(jié)果
“雨季什么時候到來，什么時候結(jié)束？這是我每年最揪心的事情。”湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限公司防汛辦主任劉世軍說。眼下，他和湖南省氣象部門保持熱線聯(lián)系，密切關(guān)注著每天滾動更新的氣候預(yù)測和天氣預(yù)報信息。
“澧水公司管理著江埡和皂市兩個大型水庫。雨季開始前，水庫要計劃騰庫；雨季結(jié)束時，要攔洪蓄水。澧水是山溪性河流，洪水陡漲陡落。雨季開始時間和結(jié)束時間是水庫運行的重要時間節(jié)點，把握不準，就可能給防洪、發(fā)電、保生態(tài)用水等帶來不利影響�！眲⑹儡娬f。
去年5月中旬，湖南省專業(yè)氣象臺提出澧水流域?qū)⒃?月上旬進入雨季，這一預(yù)測與實況基本吻合，為澧水公司科學調(diào)度提供了決策依據(jù)。
陳麗娟認為，隨著氣候預(yù)測準確率和公眾認知度的提升，氣候預(yù)測在防災(zāi)減災(zāi)以及各行各業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃等方面，將得到更有效的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)、水利、工業(yè)、交通、電力、旅游、體育等很多領(lǐng)域都將受益。
服務(wù)防汛抗旱——我國地形復雜，受東亞夏季風系統(tǒng)變率大的影響，每年七大江河流域的旱澇情況不同。在防汛抗旱物資儲備、農(nóng)業(yè)灌溉用水和水力發(fā)電調(diào)度方面，準確的預(yù)測可以使災(zāi)害損失降低到最小，使水利資源的利用效益發(fā)揮到最大。
助力農(nóng)業(yè)生產(chǎn)——準確的氣候預(yù)測和天氣預(yù)報服務(wù)相結(jié)合，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全運行。例如，準確預(yù)測春季氣候是否異常、春雨多寡、氣溫高低，可以幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門及廣大農(nóng)民對農(nóng)作物選種、播種進行科學決策。
增效工業(yè)生產(chǎn)——準確的氣候預(yù)測，能協(xié)助相關(guān)部門和企業(yè)提前做好生產(chǎn)計劃和相關(guān)安排，避免經(jīng)濟損失。
此外，在金融領(lǐng)域的農(nóng)產(chǎn)品、能源期貨交易等方面，氣候預(yù)測信息都能發(fā)揮顯著作用。
“總之，準確的氣候預(yù)測對社會各界生產(chǎn)生活有巨大幫助，可以提高生產(chǎn)效率，減少氣候災(zāi)害造成的損失�！标慃惥暾f。
不過，在目前預(yù)測水平還不能“百發(fā)百中”的情況下，怎樣才能發(fā)揮好氣候預(yù)測的作用？
“我想強調(diào)一點，氣候預(yù)測是世界性的難題，對于我國而言，影響氣候的因子極為復雜。因此，公眾在使用氣候預(yù)測信息的時候，要充分認識和了解氣候預(yù)測的不確定性，氣候預(yù)測的精準程度和我們熟悉的天氣預(yù)報相比有一定差距，要科學合理地使用預(yù)測結(jié)果�！眹覛夂蛑行母敝魅钨Z小龍說。
賈小龍表示，氣象部門會不斷提供滾動更新的預(yù)測信息，請大家及時關(guān)注。另外，公眾要注意中央氣象臺發(fā)布的中期、短期天氣預(yù)報，與氣候預(yù)測信息結(jié)合起來加以利用，才能更好地發(fā)揮氣象預(yù)報服務(wù)的作用。
怎樣提升預(yù)測水平？
在多學科的交叉融合中尋找突破點，氣候預(yù)測數(shù)值模式進步是提高預(yù)測準確率的重要途徑
83歲的丁一匯院士，每天都早早來到辦公室，開始一天的工作，他的日程表排得滿滿的，“這些年氣候預(yù)測的進步顯著，我感到很欣慰”。
1995年，我國成立國家氣候中心。丁一匯帶領(lǐng)團隊，研發(fā)出第一代氣候模式，奠定了我國氣候預(yù)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。“這個氣候模式是全國70多個單位大協(xié)作的成果，獲得了2003年度國家科技進步一等獎，是我國第一批對IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會)評估報告撰寫做出貢獻的模式之一�！倍∫粎R說。
丁一匯認為，如今，氣候變化日益顯著，這對氣候預(yù)測的準確率帶來更大挑戰(zhàn)。過去認識到的一些海洋和大氣相互作用、陸地和大氣相互作用等方面的機理，隨著全球變暖，也可能會發(fā)生變化，進而給氣候預(yù)測造成障礙。
怎樣進一步提升氣候預(yù)測的能力和水平？
“制約氣候預(yù)測準確率的主要因素，是人類對氣候系統(tǒng)的科學認知水平。氣候系統(tǒng)包括全球海洋、陸地、海冰、大氣等的演變及相互作用，全面理解其中的物理機理和影響過程，需要國內(nèi)外科學家的科研攻關(guān)。”丁一匯說，此外，全面開展氣候系統(tǒng)監(jiān)測，完善氣候模式的物理、化學、生物等過程，這不僅是氣象工作者的工作，還涉及數(shù)學、物理、化學、計算機等學科的發(fā)展。制約氣候預(yù)測準確率的因素很多，需要長期的努力。
“我們研發(fā)氣候模式比發(fā)達國家晚，現(xiàn)在還需要努力追趕歐美第一梯隊�！倍∫粎R認為，“最近，我們開始向社會公開氣候預(yù)測結(jié)論，在實踐中接受檢驗，有利于知道問題在哪兒，從而更好地前進�！�
“大氣運動本身就是一個復雜的、非線性的混沌系統(tǒng)。經(jīng)過近半個世紀的研究和探索，目前對未來月、季尺度的氣候預(yù)測有了長足的進步，但與天氣預(yù)報相比，準確率和可靠性相對依然較低。”中國科學院大氣物理研究所大氣科學和地球流體力學數(shù)值模擬國家重點實驗室主任肖子牛說，未來要繼續(xù)加強對氣候的基礎(chǔ)研究，繼續(xù)拓展對整個氣候系統(tǒng)的信息探測和認知，不斷發(fā)展分辨率更高、物理過程更準確完善的氣候系統(tǒng)數(shù)值模式，依靠多學科的交叉融合尋找提高預(yù)測準確率的途徑。
“數(shù)值模式是大氣科學重要的實驗平臺，也是天氣氣候預(yù)測的重要技術(shù)手段�！毙ぷ优１硎�，天氣預(yù)報準確率不斷提高的歷史經(jīng)驗告訴我們，數(shù)值模式預(yù)報系統(tǒng)進步是提高預(yù)報準確率的重要途徑。我國已經(jīng)建立了地球系統(tǒng)數(shù)值模擬大科學裝置，為未來氣候預(yù)測數(shù)值模式的發(fā)展提供了良好的創(chuàng)新科研平臺。
肖子牛還認為：“學科的交叉融合可能會激發(fā)出意想不到的突破點，天氣預(yù)報數(shù)值模式就是大氣科學、計算數(shù)學和信息科學交叉融合發(fā)展起來的一個典范。人工智能、機器深度學習、大數(shù)據(jù)等的發(fā)展，也將為氣候預(yù)測準確率的提高打開新途徑。”
記者手記
讓氣候預(yù)測更好服務(wù)國計民生
對預(yù)測陰晴冷暖的天氣預(yù)報，我們幾乎每天都會接觸到。而對于氣候預(yù)測，很多人或許還感到陌生。
實際上，氣候預(yù)測的結(jié)果，正給全世界帶來一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。當前，包括我國在內(nèi)的全球100多個國家和地區(qū)已經(jīng)提出了碳中和目標，這一氣候雄心和降碳行動的依據(jù)，主要就是科學家們利用氣候模式做出的長期氣候預(yù)測：隨著人類活動持續(xù)排放大量二氧化碳等溫室氣體，未來幾十年全球氣溫將不斷攀升、持續(xù)變暖，人類面臨巨大風險和挑戰(zhàn)。
氣候預(yù)測、天氣預(yù)報，“測”與“報”的一字之差，清晰表明了二者的精準度和不確定性是有差別的。預(yù)估未來較長時期的氣候，機理復雜，變數(shù)很大，顯然更為困難。不過，存在不確定性不等于不可靠和不能用。從以往對全球平均氣溫上升趨勢的預(yù)測和實況對照來看，氣候模式的可信度就很高。加大力度攻堅克難，讓氣候預(yù)測越來越精準可靠，及早預(yù)知未來氣候狀況并采取有效行動，我們就可以更好地趨利避害，利用好風、光等氣候資源，同時避免或減輕災(zāi)害影響。
天氣氣候和我們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。如今，氣候頻頻走極端，加快建設(shè)氣象強國，努力把準天氣氣候的“脈動”，我們才能切實保障生命安全、生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好，讓人與自然生命共同體永續(xù)發(fā)展、生生不息。
本報記者 劉 毅
