從預(yù)報(bào)天氣到預(yù)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(qiáng)氣象預(yù)報(bào)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?xì)夂蝾A(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(shí)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(zhǔn)確率怎么樣？我們?nèi)绾慰茖W(xué)用好氣候預(yù)測，更好促進(jìn)人與自然和諧共生？針對這些問題，記者進(jìn)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(jìn)行預(yù)測。核心技術(shù)長足發(fā)展，讓我國氣候預(yù)測準(zhǔn)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(jī)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(shí)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(diǎn)起火堆給葡萄增溫，好多新芽還是凍壞了。“種地，最盼能摸準(zhǔn)老天爺?shù)钠�氣！”老郝說，“除了一兩周以內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)，如果能提前知道更長時(shí)期的天氣就好了，這樣就能及時(shí)調(diào)整葡萄出土?xí)r間，準(zhǔn)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(bào)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(jìn)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(bào)》。4月2日，在中國氣象局召開的新聞發(fā)布會上，有關(guān)負(fù)責(zé)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。”國家氣候中心首席預(yù)報(bào)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(xué)領(lǐng)域的世界性難題，而我國處于東亞季風(fēng)區(qū)，季節(jié)和年際變率大，影響我國氣候的系統(tǒng)復(fù)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?xì)夂蝾A(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(rèn)識到，“隨著經(jīng)濟(jì)社會各方面需求的持續(xù)增加、科技的發(fā)展進(jìn)步，這件事勢在必行。”

　　天氣預(yù)報(bào)對人們的生產(chǎn)生活、交通出行幫助很大，但天氣預(yù)報(bào)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(jì)社會快速發(fā)展，很多領(lǐng)域需了解更長時(shí)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(shí)，我國持續(xù)推進(jìn)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(jì)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(jì)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(zhǔn)確率穩(wěn)步提高。

　　“以前我們發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)測信息時(shí)可能信心不足，現(xiàn)在報(bào)得比較好了，這也為面向公眾發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)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(yù)測氣候？

　　氣候模式是基礎(chǔ)，科學(xué)家編寫反映很多數(shù)理方程原理的復(fù)雜程序，再通過最先進(jìn)的超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)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(jī)制診斷相結(jié)合的辦法。”國家氣候中心主任宋連春介紹，經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)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(fù)雜。氣候模式可以說是對氣候系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)，科學(xué)家編寫反映很多數(shù)理方程原理的復(fù)雜程序，再通過超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)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(dá)到幾十個(gè)TB(萬億字節(jié))，有的預(yù)測要用高速計(jì)算機(jī)“轉(zhuǎn)”好幾個(gè)月。

　　“另一方面，氣候模式雖然有長足的發(fā)展，然而在準(zhǔn)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(yù)測中，會基于大量歷史觀測數(shù)據(jù)，利用數(shù)學(xué)和物理規(guī)律，診斷全球海洋、海冰、陸面過程等對東亞季風(fēng)環(huán)流的影響，這也是非常重要的手段。”

　　宋連春表示：“實(shí)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(jì)方法相結(jié)合‘兩條腿走路’，獲取氣候模式預(yù)測信息和機(jī)理診斷的關(guān)鍵要素預(yù)測信息，進(jìn)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(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，于2020年11月通過評審，進(jìn)入準(zhǔn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行。第三代氣候模式的氣候預(yù)測性能有明顯提升，達(dá)到國際先進(jìn)水平。

　　“隨著物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域的科技進(jìn)步以及計(jì)算機(jī)的發(fā)展，我國氣候預(yù)測準(zhǔn)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。”陳麗娟介紹，例如，2018年汛期預(yù)測東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)，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(shí)況基本一致。

　　“當(dāng)然，受科技發(fā)展水平的限制、人類認(rèn)知的局限以及可預(yù)報(bào)性上限的影響，氣候預(yù)測還有不準(zhǔn)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(gè)月預(yù)測出來。在那以后，我國設(shè)立了一批科研項(xiàng)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(jī)理認(rèn)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(jìn)步。

　　“氣候預(yù)測準(zhǔn)確率是有‘天花板’的。”陳麗娟說，一般認(rèn)為，氣候預(yù)測準(zhǔn)確率上限為75%至85%。目前，我國氣候預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到70%左右。

　　氣候預(yù)測如何應(yīng)用？

　　影響氣候的因子極為復(fù)雜，不確定性較大。公眾要科學(xué)合理地使用預(yù)測結(jié)果

　　“雨季什么時(shí)候到來，什么時(shí)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(bào)信息。

　　“澧水公司管理著江埡和皂市兩個(gè)大型水庫。雨季開始前，水庫要計(jì)劃騰庫；雨季結(jié)束時(shí)，要攔洪蓄水。澧水是山溪性河流，洪水陡漲陡落。雨季開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間是水庫運(yùn)行的重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)，把握不準(zhǔn)，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?qū)⒃?月上旬進(jìn)入雨季，這一預(yù)測與實(shí)況基本吻合，為澧水公司科學(xué)調(diào)度提供了決策依據(jù)。

　　陳麗娟認(rèn)為，隨著氣候預(yù)測準(zhǔn)確率和公眾認(rèn)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(fù)雜，受東亞夏季風(fēng)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(zhǔn)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(zhǔn)確的氣候預(yù)測和天氣預(yù)報(bào)服務(wù)相結(jié)合，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全運(yùn)行。例如，準(zhǔn)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(jìn)行科學(xué)決策。

　　增效工業(yè)生產(chǎn)——準(zhǔn)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(jì)劃和相關(guān)安排，避免經(jīng)濟(jì)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(zhǔn)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?yàn)?zāi)害造成的損失。”陳麗娟說。

　　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(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，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(fù)雜。因此，公眾在使用氣候預(yù)測信息的時(shí)候，要充分認(rèn)識和了解氣候預(yù)測的不確定性，氣候預(yù)測的精準(zhǔn)程度和我們熟悉的天氣預(yù)報(bào)相比有一定差距，要科學(xué)合理地使用預(yù)測結(jié)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(yù)測信息，請大家及時(shí)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(bào)，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(bào)服務(wù)的作用。

　　怎樣提升預(yù)測水平？

　　在多學(xué)科的交叉融合中尋找突破點(diǎn)，氣候預(yù)測數(shù)值模式進(jìn)步是提高預(yù)測準(zhǔn)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(jìn)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(tuán)隊(duì)，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(gè)氣候模式是全國70多個(gè)單位大協(xié)作的成果，獲得了2003年度國家科技進(jìn)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(bào)告撰寫做出貢獻(xiàn)的模式之一。”丁一匯說。

　　丁一匯認(rèn)為，如今，氣候變化日益顯著，這對氣候預(yù)測的準(zhǔn)確率帶來更大挑戰(zhàn)。過去認(rèn)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(jī)理，隨著全球變暖，也可能會發(fā)生變化，進(jìn)而給氣候預(yù)測造成障礙。

　　怎樣進(jìn)一步提升氣候預(yù)測的能力和水平？

　　“制約氣候預(yù)測準(zhǔn)確率的主要因素，是人類對氣候系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)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(jī)理和影響過程，需要國內(nèi)外科學(xué)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(xué)、生物等過程，這不僅是氣象工作者的工作，還涉及數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的發(fā)展。制約氣候預(yù)測準(zhǔn)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(dá)國家晚，現(xiàn)在還需要努力追趕歐美第一梯隊(duì)。”丁一匯認(rèn)為，“最近，我們開始向社會公開氣候預(yù)測結(jié)論，在實(shí)踐中接受檢驗(yàn)，有利于知道問題在哪兒，從而更好地前進(jìn)。”

　　“大氣運(yùn)動本身就是一個(gè)復(fù)雜的、非線性的混沌系統(tǒng)。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)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(jìn)步，但與天氣預(yù)報(bào)相比，準(zhǔn)確率和可靠性相對依然較低。”中國科學(xué)院大氣物理研究所大氣科學(xué)和地球流體力學(xué)數(shù)值模擬國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任肖子牛說，未來要繼續(xù)加強(qiáng)對氣候的基礎(chǔ)研究，繼續(xù)拓展對整個(gè)氣候系統(tǒng)的信息探測和認(rèn)知，不斷發(fā)展分辨率更高、物理過程更準(zhǔn)確完善的氣候系統(tǒng)數(shù)值模式，依靠多學(xué)科的交叉融合尋找提高預(yù)測準(zhǔn)確率的途徑。

　　“數(shù)值模式是大氣科學(xué)重要的實(shí)驗(yàn)平臺，也是天氣氣候預(yù)測的重要技術(shù)手段。”肖子牛表示，天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率不斷提高的歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，數(shù)值模式預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)步是提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)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(xué)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(rèn)為：“學(xué)科的交叉融合可能會激發(fā)出意想不到的突破點(diǎn)，天氣預(yù)報(bào)數(shù)值模式就是大氣科學(xué)、計(jì)算數(shù)學(xué)和信息科學(xué)交叉融合發(fā)展起來的一個(gè)典范。人工智能、機(jī)器深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等的發(fā)展，也將為氣候預(yù)測準(zhǔn)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(jì)民生

　　對預(yù)測陰晴冷暖的天氣預(yù)報(bào)，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(shí)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(jì)社會系統(tǒng)性變革。當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的全球100多個(gè)國家和地區(qū)已經(jīng)提出了碳中和目標(biāo)，這一氣候雄心和降碳行動的依據(jù)，主要就是科學(xué)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(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)。

　　氣候預(yù)測、天氣預(yù)報(bào)，“測”與“報(bào)”的一字之差，清晰表明了二者的精準(zhǔn)度和不確定性是有差別的。預(yù)估未來較長時(shí)期的氣候，機(jī)理復(fù)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(shí)況對照來看，氣候模式的可信度就很高。加大力度攻堅(jiān)克難，讓氣候預(yù)測越來越精準(zhǔn)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(fēng)、光等氣候資源，同時(shí)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(qiáng)國，努力把準(zhǔn)天氣氣候的“脈動”，我們才能切實(shí)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(bào)記者 劉 毅