從預報天氣到預測氣候(深度觀察)

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　　面對全球變暖、極端氣候事件頻發(fā)給人類帶來的挑戰(zhàn)，加強氣象預報預測并及早未雨綢繆，是應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測結果。這對持續(xù)提升我國氣候預測水平、更好地應對氣候變化具有重要意義。

　　氣候預測包括哪些內(nèi)容？預測準確率怎么樣？我們?nèi)绾慰茖W用好氣候預測，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測。核心技術長足發(fā)展，讓我國氣候預測準確率穩(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。“種地，最盼能摸準老天爺?shù)钠�氣！”老郝說，“除了一兩周以內(nèi)的天氣預報，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，準備防災物資，降低氣候帶來的影響。”

　　老郝渴盼了解的“天氣預報夠不著的天氣”，專業(yè)名稱就是：氣候預測。

　　氣候預測主要是對延伸期(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，有關負責人介紹了今年全國汛期氣候趨勢預測情況，這是氣象部門第一次向公眾發(fā)布全國汛期氣候趨勢預測。

　　“我國是世界上最早開展氣候預測業(yè)務的國家之一。”國家氣候中心首席預報員、氣候預測室總工程師陳麗娟說，“不過，氣候預測是大氣科學領域的世界性難題，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，氣候預測信息還有較大的不確定性。因此，此前的氣候預測服務主要面向政府部門，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)布氣候預測信息。從事氣候預測研究和業(yè)務工作已有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。”

　　天氣預報對人們的生產(chǎn)生活、交通出行幫助很大，但天氣預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，很多領域需了解更長時間的氣候預測信息，各行各業(yè)對氣候預測的需求很迫切。

　　與此同時，我國持續(xù)推進氣候業(yè)務能力建設，通過科技創(chuàng)新、潛心發(fā)展，氣候預測業(yè)務完成了從以物理統(tǒng)計為主，到以氣候預測數(shù)值模式(簡稱氣候模式)為基礎、動力與統(tǒng)計方法相結合的轉變，以氣候模式為代表的氣候預測核心技術有了長足發(fā)展，客觀化預測水平有了很大提升，氣候預測準確率穩(wěn)步提高。

　　“以前我們發(fā)布氣候預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)布氣候預測增添了底氣。”中國工程院院士、國家氣候中心首任主任丁一匯說。

　　怎樣預測氣候？

　　氣候模式是基礎，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測“產(chǎn)品”，到底是怎樣“生產(chǎn)”出來的？

　　“現(xiàn)代氣候預測主要基于氣候模式和物理機制診斷相結合的辦法。”國家氣候中心主任宋連春介紹，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))，有的預測要用高速計算機“轉”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。”宋連春說，“因此我們在氣候預測中，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：“實際氣候預測業(yè)務中，是以氣候模式為基礎、動力與統(tǒng)計方法相結合‘兩條腿走路’，獲取氣候模式預測信息和機理診斷的關鍵要素預測信息，進行最優(yōu)集成，然后給出氣候預測結論。”

　　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)文研究員帶領團隊自主研發(fā)，于2020年11月通過評審，進入準業(yè)務化運行。第三代氣候模式的氣候預測性能有明顯提升，達到國際先進水平。

　　“隨著物理、數(shù)學、化學等領域的科技進步以及計算機的發(fā)展，我國氣候預測準確率呈現(xiàn)螺旋式上升的趨勢。”陳麗娟說。

　　“在氣候預測業(yè)務歷史上，有很多成功的案例。”陳麗娟介紹，例如，2018年汛期預測東亞夏季風偏強，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報性上限的影響，氣候預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測出來。在那以后，我國設立了一批科研項目，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測和服務也取得了明顯進步。

　　“氣候預測準確率是有‘天花板’的。”陳麗娟說，一般認為，氣候預測準確率上限為75%至85%。目前，我國氣候預測的準確率達到70%左右。

　　氣候預測如何應用？

　　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測結果

　　“雨季什么時候到來，什么時候結束？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，密切關注著每天滾動更新的氣候預測和天氣預報信息。

　　“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。”劉世軍說。

　　去年5月中旬，湖南省專業(yè)氣象臺提出澧水流域將在6月上旬進入雨季，這一預測與實況基本吻合，為澧水公司科學調(diào)度提供了決策依據(jù)。

　　陳麗娟認為，隨著氣候預測準確率和公眾認知度的提升，氣候預測在防災減災以及各行各業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃等方面，將得到更有效的應用，農(nóng)業(yè)、水利、工業(yè)、交通、電力、旅游、體育等很多領域都將受益。

　　服務防汛抗旱——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，準確的預測可以使災害損失降低到最小，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)——準確的氣候預測和天氣預報服務相結合，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全運行。例如，準確預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)——準確的氣候預測，能協(xié)助相關部門和企業(yè)提前做好生產(chǎn)計劃和相關安排，避免經(jīng)濟損失。

　　此外，在金融領域的農(nóng)產(chǎn)品、能源期貨交易等方面，氣候預測信息都能發(fā)揮顯著作用。

　　“總之，準確的氣候預測對社會各界生產(chǎn)生活有巨大幫助，可以提高生產(chǎn)效率，減少氣候災害造成的損失。”陳麗娟說。

　　不過，在目前預測水平還不能“百發(fā)百中”的情況下，怎樣才能發(fā)揮好氣候預測的作用？

　　“我想強調(diào)一點，氣候預測是世界性的難題，對于我國而言，影響氣候的因子極為復雜。因此，公眾在使用氣候預測信息的時候，要充分認識和了解氣候預測的不確定性，氣候預測的精準程度和我們熟悉的天氣預報相比有一定差距，要科學合理地使用預測結果。”國家氣候中心副主任賈小龍說。

　　賈小龍表示，氣象部門會不斷提供滾動更新的預測信息，請大家及時關注。另外，公眾要注意中央氣象臺發(fā)布的中期、短期天氣預報，與氣候預測信息結合起來加以利用，才能更好地發(fā)揮氣象預報服務的作用。

　　怎樣提升預測水平？

　　在多學科的交叉融合中尋找突破點，氣候預測數(shù)值模式進步是提高預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。丁一匯帶領團隊，研發(fā)出第一代氣候模式，奠定了我國氣候預測業(yè)務系統(tǒng)的基礎。“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。”丁一匯說。

　　丁一匯認為，如今，氣候變化日益顯著，這對氣候預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，進而給氣候預測造成障礙。

　　怎樣進一步提升氣候預測的能力和水平？

　　“制約氣候預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。”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。”丁一匯認為，“最近，我們開始向社會公開氣候預測結論，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、季尺度的氣候預測有了長足的進步，但與天氣預報相比，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，也是天氣氣候預測的重要技術手段。”肖子牛表示，天氣預報準確率不斷提高的歷史經(jīng)驗告訴我們，數(shù)值模式預報系統(tǒng)進步是提高預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，也將為氣候預測準確率的提高打開新途徑。”

　　記者手記

　　讓氣候預測更好服務國計民生

　　對預測陰晴冷暖的天氣預報，我們幾乎每天都會接觸到。而對于氣候預測，很多人或許還感到陌生。

　　實際上，氣候預測的結果，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)。

　　氣候預測、天氣預報，“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，讓氣候預測越來越精準可靠，及早預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，同時避免或減輕災害影響。

　　天氣氣候和我們的生產(chǎn)生活息息相關。如今，氣候頻頻走極端，加快建設氣象強國，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