從預報天氣到預測氣候 我國公眾氣象服務進一步拓展
從預報天氣到預測氣候(深度觀察)
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面對全球變暖、極端氣候事件頻發給人類帶來的挑戰，加強氣象預報預測並及早未雨綢繆，是應對氣候變化的重要舉措。
近日，中國氣象局面向公眾發佈氣候預測資訊，今後大家可以通過國家氣候中心及各地氣象局官方網站，查詢未來一段時間的氣候預測結果。這對持續提升我國氣候預測水準、更好地應對氣候變化具有重要意義。
氣候預測包括哪些內容？預測準確率怎麼樣？我們如何科學用好氣候預測，更好促進人與自然和諧共生？針對這些問題，記者進行了採訪。
什麼是氣候預測？
主要是對延伸期(11天到30天)、月、季節和年度氣候趨勢進行預測。核心技術長足發展，讓我國氣候預測準確率穩步提高
葡萄枝條在架子上萌發攀爬，嫩綠的片片新葉生機盎然。河北省張家口市懷來縣桑園鎮夾河村，村民郝忠元正在葡萄園裏忙著澆地、抹去多餘的葡萄芽。
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裏點起火堆給葡萄增溫，好多新芽還是凍壞了。“種地，最盼能摸準老天爺的脾氣！”老郝說，“除了一兩周以內的天氣預報，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佈未來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佈會上，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佈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，而我國處於東亞季風區，季節和年際變率大，影響我國氣候的系統複雜，氣候預測資訊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，供各行業作為決策參考，沒有向公眾發佈。”
近期，中國氣象局經過深入調研分析，決定開始向公眾發佈氣候預測資訊。從事氣候預測研究和業務工作已有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，“隨著經濟社會各方面需求的持續增加、科技的發展進步，這件事勢在必行。”
天氣預報對人們的生產生活、交通出行幫助很大，但天氣預報主要提供最近幾天的資訊，這與現代生產生活多方面的需求還存在差距。隨著經濟社會快速發展，很多領域需了解更長時間的氣候預測資訊，各行各業對氣候預測的需求很迫切。
與此同時，我國持續推進氣候業務能力建設，通過科技創新、潛心發展，氣候預測業務完成了從以物理統計為主，到以氣候預測數值模式(簡稱氣候模式)為基礎、動力與統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展，客觀化預測水準有了很大提升，氣候預測準確率穩步提高。
“以前我們發佈氣候預測資訊時可能信心不足，現在報得比較好了，這也為面向公眾發佈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理方程原理的複雜程式，再通過最先進的超級電腦進行運算
呈現在我們面前的氣候預測“產品”，到底是怎樣“生產”出來的？
“現代氣候預測主要基於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，經過近半個世紀的發展，目前國內外氣候模式對氣候系統的模擬、刻畫已經比較全面。
地球的氣候系統由海洋、陸地、大氣、冰凍圈、生物圈這五大圈層構成，非常複雜。氣候模式可以說是對氣候系統的數學表達，科學家編寫反映很多數理方程原理的複雜程式，再通過超級電腦進行運算，對未來的氣候演變趨勢作出預測。氣候模式要用的數據量大得驚人，往往達到幾十個TB(萬億字節)，有的預測要用高速電腦“轉”好幾個月。
“另一方面，氣候模式雖然有長足的發展，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，會基於大量歷史觀測數據，利用數學和物理規律，診斷全球海洋、海冰、陸面過程等對東亞季風環流的影響，這也是非常重要的手段。”
宋連春表示：“實際氣候預測業務中，是以氣候模式為基礎、動力與統計方法相結合‘兩條腿走路’，獲取氣候模式預測資訊和機理診斷的關鍵要素預測資訊，進行最優整合，然後給出氣候預測結論。”
在科研工作者的不斷努力下，如今我國的氣候模式已發展到第三代。這一模式由國家氣候中心吳統文研究員帶領團隊自主研發，于2020年11月通過評審，進入準業務化運作。第三代氣候模式的氣候預測性能有明顯提升，達到國際先進水準。
“隨著物理、數學、化學等領域的科技進步以及電腦的發展，我國氣候預測準確率呈現螺旋式上升的趨勢。”陳麗娟說。
“在氣候預測業務歷史上，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，我國北方地區降水明顯增多，長江中下游降水偏少，對全國夏季旱澇分佈的預測與實況基本一致。
“當然，受科技發展水準的限制、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。在那以後，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持續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複雜，不確定性較大。公眾要科學合理地使用預測結果
“雨季什麼時候到來，什麼時候結束？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繫，密切關注著每天滾動更新的氣候預測和天氣預報資訊。
“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作的重要時間節點，把握不準，就可能給防洪、發電、保生態用水等帶來不利影響。”劉世軍說。
去年5月中旬，湖南省專業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，為澧水公司科學調度提供了決策依據。
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的生產規劃等方面，將得到更有效的應用，農業、水利、工業、交通、電力、旅遊、體育等很多領域都將受益。
服務防汛抗旱——我國地形複雜，受東亞夏季風系統變率大的影響，每年七大江河流域的旱澇情況不同。在防汛抗旱物資儲備、農業灌溉用水和水力發電調度方面，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揮到最大。
助力農業生產——準確的氣候預測和天氣預報服務相結合，有利於農業生產的安全運作。例如，準確預測春季氣候是否異常、春雨多寡、氣溫高低，可以幫助農業生產部門及廣大農民對農作物選種、播種進行科學決策。
增效工業生產——準確的氣候預測，能協助相關部門和企業提前做好生產計劃和相關安排，避免經濟損失。
此外，在金融領域的農產品、能源期貨交易等方面，氣候預測資訊都能發揮顯著作用。
“總之，準確的氣候預測對社會各界生產生活有巨大幫助，可以提高生產效率，減少氣候災害造成的損失。”陳麗娟說。
不過，在目前預測水準還不能“百發百中”的情況下，怎樣才能發揮好氣候預測的作用？
“我想強調一點，氣候預測是世界性的難題，對於我國而言，影響氣候的因子極為複雜。因此，公眾在使用氣候預測資訊的時候，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資訊，請大家及時關注。另外，公眾要注意中央氣象臺發佈的中期、短期天氣預報，與氣候預測資訊結合起來加以利用，才能更好地發揮氣象預報服務的作用。
怎樣提升預測水準？
在多學科的交叉融合中尋找突破點，氣候預測數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，研發出第一代氣候模式，奠定了我國氣候預測業務系統的基礎。“這個氣候模式是全國70多個單位大協作的成果，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。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準？
“制約氣候預測準確率的主要因素，是人類對氣候系統的科學認知水準。氣候系統包括全球海洋、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，需要國內外科學家的科研攻關。”丁一匯說，此外，全面開展氣候系統監測，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，還涉及數學、物理、化學、電腦等學科的發展。制約氣候預測準確率的因素很多，需要長期的努力。
“我們研發氣候模式比發達國家晚，現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，有利於知道問題在哪兒，從而更好地前進。”
“大氣運動本身就是一個複雜的、非線性的混沌系統。經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值模擬國家重點實驗室主任肖子牛說，未來要繼續加強對氣候的基礎研究，繼續拓展對整個氣候系統的資訊探測和認知，不斷發展解析度更高、物理過程更準確完善的氣候系統數值模式，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驗告訴我們，數值模式預報系統進步是提高預報準確率的重要途徑。我國已經建立了地球系統數值模擬大科學裝置，為未來氣候預測數值模式的發展提供了良好的創新科研平臺。
肖子牛還認為：“學科的交叉融合可能會激發出意想不到的突破點，天氣預報數值模式就是大氣科學、計算數學和資訊科學交叉融合發展起來的一個典範。人工智慧、機器深度學習、大數據等的發展，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。而對於氣候預測，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濟社會系統性變革。當前，包括我國在內的全球100多個國家和地區已經提出了碳中和目標，這一氣候雄心和降碳行動的依據，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、持續變暖，人類面臨巨大風險和挑戰。
氣候預測、天氣預報，“測”與“報”的一字之差，清晰表明瞭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，機理複雜，變數很大，顯然更為困難。不過，存在不確定性不等於不可靠和不能用。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並採取有效行動，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、生產發展、生活富裕、生態良好，讓人與自然生命共同體永續發展、生生不息。
本報記者 劉 毅
