從預(yù)報(bào)天氣到預(yù)測(cè)氣候 我國(guó)公眾氣象服務(wù)進(jìn)一步拓展
從預(yù)報(bào)天氣到預(yù)測(cè)氣候(深度觀察)
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面對(duì)全球變暖、極端氣候事件頻發(fā)給人類帶來(lái)的挑戰(zhàn)，加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)并及早未雨綢繆，是應(yīng)對(duì)氣候變化的重要舉措。
近日，中國(guó)氣象局面向公眾發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)測(cè)信息，今后大家可以通過(guò)國(guó)家氣候中心及各地氣象局官方網(wǎng)站，查詢未來(lái)一段時(shí)間的氣候預(yù)測(cè)結(jié)果。這對(duì)持續(xù)提升我國(guó)氣候預(yù)測(cè)水平、更好地應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。
氣候預(yù)測(cè)包括哪些內(nèi)容？預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率怎么樣？我們?nèi)绾慰茖W(xué)用好氣候預(yù)測(cè)，更好促進(jìn)人與自然和諧共生？針對(duì)這些問(wèn)題，記者進(jìn)行了采訪。
什么是氣候預(yù)測(cè)？
主要是對(duì)延伸期(11天到30天)、月、季節(jié)和年度氣候趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。核心技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展，讓我國(guó)氣候預(yù)測(cè)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(lái)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(lái)，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�！胺N地，最盼能摸準(zhǔn)老天爺?shù)钠�！”老郝說(shuō)，“除了一兩周以內(nèi)的天氣預(yù)報(bào)，如果能提前知道更長(zhǎng)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(lái)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(cè)。
氣候預(yù)測(cè)主要是對(duì)延伸期(11天到30天)、月、季節(jié)和年度氣候趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，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(guò)程和極端天氣氣候事件等。
今年3月23日世界氣象日，中國(guó)氣象局首次面向公眾發(fā)布未來(lái)11天到30天的《氣候預(yù)測(cè)公報(bào)》。4月2日，在中國(guó)氣象局召開(kāi)的新聞發(fā)布會(huì)上，有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹了今年全國(guó)汛期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)情況，這是氣象部門(mén)第一次向公眾發(fā)布全國(guó)汛期氣候趨勢(shì)預(yù)測(cè)。
“我國(guó)是世界上最早開(kāi)展氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)的國(guó)家之一。”國(guó)家氣候中心首席預(yù)報(bào)員、氣候預(yù)測(cè)室總工程師陳麗娟說(shuō)，“不過(guò)，氣候預(yù)測(cè)是大氣科學(xué)領(lǐng)域的世界性難題，而我國(guó)處于東亞季風(fēng)區(qū)，季節(jié)和年際變率大，影響我國(guó)氣候的系統(tǒng)復(fù)雜，氣候預(yù)測(cè)信息還有較大的不確定性。因此，此前的氣候預(yù)測(cè)服務(wù)主要面向政府部門(mén)，供各行業(yè)作為決策參考，沒(méi)有向公眾發(fā)布。”
近期，中國(guó)氣象局經(jīng)過(guò)深入調(diào)研分析，決定開(kāi)始向公眾發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)測(cè)信息。從事氣候預(yù)測(cè)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(guò)，她和同事們也清楚地認(rèn)識(shí)到，“隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)各方面需求的持續(xù)增加、科技的發(fā)展進(jìn)步，這件事勢(shì)在必行�！�
天氣預(yù)報(bào)對(duì)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(huì)快速發(fā)展，很多領(lǐng)域需了解更長(zhǎng)時(shí)間的氣候預(yù)測(cè)信息，各行各業(yè)對(duì)氣候預(yù)測(cè)的需求很迫切。
與此同時(shí)，我國(guó)持續(xù)推進(jìn)氣候業(yè)務(wù)能力建設(shè)，通過(guò)科技創(chuàng)新、潛心發(fā)展，氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)完成了從以物理統(tǒng)計(jì)為主，到以氣候預(yù)測(cè)數(shù)值模式(簡(jiǎn)稱氣候模式)為基礎(chǔ)、動(dòng)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(cè)核心技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，客觀化預(yù)測(cè)水平有了很大提升，氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率穩(wěn)步提高。
“以前我們發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)測(cè)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(cè)增添了底氣。”中國(guó)工程院院士、國(guó)家氣候中心首任主任丁一匯說(shuō)。
怎樣預(yù)測(cè)氣候？
氣候模式是基礎(chǔ)，科學(xué)家編寫(xiě)反映很多數(shù)理方程原理的復(fù)雜程序，再通過(guò)最先進(jìn)的超級(jí)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(cè)“產(chǎn)品”，到底是怎樣“生產(chǎn)”出來(lái)的？
“現(xiàn)代氣候預(yù)測(cè)主要基于氣候模式和物理機(jī)制診斷相結(jié)合的辦法�！眹�(guó)家氣候中心主任宋連春介紹，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)外氣候模式對(duì)氣候系統(tǒng)的模擬、刻畫(huà)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(shuō)是對(duì)氣候系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表達(dá)，科學(xué)家編寫(xiě)反映很多數(shù)理方程原理的復(fù)雜程序，再通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，對(duì)未來(lái)的氣候演變趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)。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(wàn)億字節(jié))，有的預(yù)測(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)的路要走�！彼芜B春說(shuō)，“因此我們?cè)跉夂蝾A(yù)測(cè)中，會(huì)基于大量歷史觀測(cè)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(guò)程等對(duì)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(cè)業(yè)務(wù)中，是以氣候模式為基礎(chǔ)、動(dòng)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(cè)信息和機(jī)理診斷的關(guān)鍵要素預(yù)測(cè)信息，進(jìn)行最優(yōu)集成，然后給出氣候預(yù)測(cè)結(jié)論�！�
在科研工作者的不斷努力下，如今我國(guó)的氣候模式已發(fā)展到第三代。這一模式由國(guó)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(guò)評(píng)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(cè)性能有明顯提升，達(dá)到國(guó)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(guó)氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率呈現(xiàn)螺旋式上升的趨勢(shì)�！标慃惥暾f(shuō)。
“在氣候預(yù)測(cè)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(cè)東亞夏季風(fēng)偏強(qiáng)，我國(guó)北方地區(qū)降水明顯增多，長(zhǎng)江中下游降水偏少，對(duì)全國(guó)夏季旱澇分布的預(yù)測(cè)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(cè)還有不準(zhǔn)確的方面�！标慃惥晏钩�。
她舉例說(shuō)，對(duì)2008年的南方低溫雨雪冰凍事件，沒(méi)有提前一兩個(gè)月預(yù)測(cè)出來(lái)。在那以后，我國(guó)設(shè)立了一批科研項(xiàng)目，通過(guò)深入研究，對(duì)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(duì)這類極端氣候事件的預(yù)測(cè)和服務(wù)也取得了明顯進(jìn)步。
“氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率是有‘天花板’的�！标慃惥暾f(shuō)，一般認(rèn)為，氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率上限為75%至85%。目前，我國(guó)氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率達(dá)到70%左右。
氣候預(yù)測(cè)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(cè)結(jié)果
“雨季什么時(shí)候到來(lái)，什么時(shí)候結(jié)束？這是我每年最揪心的事情�！焙襄⑺饔蛩婇_(kāi)發(fā)有限公司防汛辦主任劉世軍說(shuō)。眼下，他和湖南省氣象部門(mén)保持熱線聯(lián)系，密切關(guān)注著每天滾動(dòng)更新的氣候預(yù)測(cè)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(kù)。雨季開(kāi)始前，水庫(kù)要計(jì)劃騰庫(kù)；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(kāi)始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間是水庫(kù)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(lái)不利影響�！眲⑹儡娬f(shuō)。
去年5月中旬，湖南省專業(yè)氣象臺(tái)提出澧水流域?qū)⒃?月上旬進(jìn)入雨季，這一預(yù)測(cè)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(cè)準(zhǔn)確率和公眾認(rèn)知度的提升，氣候預(yù)測(cè)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(guó)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(chǔ)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(cè)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(cè)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(cè)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(mén)及廣大農(nóng)民對(duì)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(cè)，能協(xié)助相關(guān)部門(mén)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(cè)信息都能發(fā)揮顯著作用。
“總之，準(zhǔn)確的氣候預(yù)測(cè)對(duì)社會(huì)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(shuō)。
不過(guò)，在目前預(yù)測(cè)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(cè)的作用？
“我想強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，氣候預(yù)測(cè)是世界性的難題，對(duì)于我國(guó)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(cè)信息的時(shí)候，要充分認(rèn)識(shí)和了解氣候預(yù)測(cè)的不確定性，氣候預(yù)測(cè)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(cè)結(jié)果�！眹�(guó)家氣候中心副主任賈小龍說(shuō)。
賈小龍表示，氣象部門(mén)會(huì)不斷提供滾動(dòng)更新的預(yù)測(cè)信息，請(qǐng)大家及時(shí)關(guān)注。另外，公眾要注意中央氣象臺(tái)發(fā)布的中期、短期天氣預(yù)報(bào)，與氣候預(yù)測(cè)信息結(jié)合起來(lái)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(cè)水平？
在多學(xué)科的交叉融合中尋找突破點(diǎn)，氣候預(yù)測(cè)數(shù)值模式進(jìn)步是提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的重要途徑
83歲的丁一匯院士，每天都早早來(lái)到辦公室，開(kāi)始一天的工作，他的日程表排得滿滿的，“這些年氣候預(yù)測(cè)的進(jìn)步顯著，我感到很欣慰”。
1995年，我國(guó)成立國(guó)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(guó)氣候預(yù)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)�！斑@個(gè)氣候模式是全國(guó)70多個(gè)單位大協(xié)作的成果，獲得了2003年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，是我國(guó)第一批對(duì)IPCC(聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì))評(píng)估報(bào)告撰寫(xiě)做出貢獻(xiàn)的模式之一�！倍∫粎R說(shuō)。
丁一匯認(rèn)為，如今，氣候變化日益顯著，這對(duì)氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。過(guò)去認(rèn)識(shí)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(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而給氣候預(yù)測(cè)造成障礙。
怎樣進(jìn)一步提升氣候預(yù)測(cè)的能力和水平？
“制約氣候預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率的主要因素，是人類對(duì)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(guò)程，需要國(guó)內(nèi)外科學(xué)家的科研攻關(guān)�！倍∫粎R說(shuō)，此外，全面開(kāi)展氣候系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，完善氣候模式的物理、化學(xué)、生物等過(guò)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(cè)準(zhǔn)確率的因素很多，需要長(zhǎng)期的努力。
“我們研發(fā)氣候模式比發(fā)達(dá)國(guó)家晚，現(xiàn)在還需要努力追趕歐美第一梯隊(duì)�！倍∫粎R認(rèn)為，“最近，我們開(kāi)始向社會(huì)公開(kāi)氣候預(yù)測(cè)結(jié)論，在實(shí)踐中接受檢驗(yàn)，有利于知道問(wèn)題在哪兒，從而更好地前進(jìn)�！�
“大氣運(yùn)動(dòng)本身就是一個(gè)復(fù)雜的、非線性的混沌系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的研究和探索，目前對(duì)未來(lái)月、季尺度的氣候預(yù)測(cè)有了長(zhǎng)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(duì)依然較低�！敝袊�(guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任肖子牛說(shuō)，未來(lái)要繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)氣候的基礎(chǔ)研究，繼續(xù)拓展對(duì)整個(gè)氣候系統(tǒng)的信息探測(cè)和認(rèn)知，不斷發(fā)展分辨率更高、物理過(guò)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(cè)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(tái)，也是天氣氣候預(yù)測(cè)的重要技術(shù)手段�！毙ぷ优１硎�，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(guó)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(lái)氣候預(yù)測(cè)數(shù)值模式的發(fā)展提供了良好的創(chuàng)新科研平臺(tái)。
肖子牛還認(rèn)為：“學(xué)科的交叉融合可能會(huì)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(lái)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(cè)準(zhǔn)確率的提高打開(kāi)新途徑�！�
記者手記
讓氣候預(yù)測(cè)更好服務(wù)國(guó)計(jì)民生
對(duì)預(yù)測(cè)陰晴冷暖的天氣預(yù)報(bào)，我們幾乎每天都會(huì)接觸到。而對(duì)于氣候預(yù)測(cè)，很多人或許還感到陌生。
實(shí)際上，氣候預(yù)測(cè)的結(jié)果，正給全世界帶來(lái)一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。當(dāng)前，包括我國(guó)在內(nèi)的全球100多個(gè)國(guó)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(dòng)的依據(jù)，主要就是科學(xué)家們利用氣候模式做出的長(zhǎng)期氣候預(yù)測(cè)：隨著人類活動(dòng)持續(xù)排放大量二氧化碳等溫室氣體，未來(lái)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(cè)、天氣預(yù)報(bào)，“測(cè)”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(lái)較長(zhǎng)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(guò)，存在不確定性不等于不可靠和不能用。從以往對(duì)全球平均氣溫上升趨勢(shì)的預(yù)測(cè)和實(shí)況對(duì)照來(lái)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(cè)越來(lái)越精準(zhǔn)可靠，及早預(yù)知未來(lái)氣候狀況并采取有效行動(dòng)，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(guó)，努力把準(zhǔn)天氣氣候的“脈動(dòng)”，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
