破解制約天氣預報時限“魔咒”

黃增強

在日常生活中，人們準備出門或出差旅行前，都要看看天氣預報。但是，細心的人會發現，24小時之內的天氣預報結果比較準，而時間越往后，預報結果越容易出現偏差，特別是一兩個月之后的天氣狀況和氣候情況幾乎無法準確預測。

為什么時間跨度越長，天氣預報越不準呢？如果注意天氣預報時效的話，我們會發現通常聽到的是12小時預報和24小時預報。除此之外，還會聽到48小時預報和72小時預報，很少聽到更長時效的天氣預報。其實，氣象臺也制作中期和長期天氣預報，對公眾而言，短期天氣預報已夠用了，但更主要的原因是中期和長期天氣預報的準確率比短期天氣預報的準確率差很多。

長期天氣預報準確率不高的主要原因是混沌現象，它是天氣系統中的普遍現象，表現為確定性系統中的一種內在隨機性。它的外在表現與純粹的隨機運動很相似，即不可預測?；煦缦到y對很小的初值變動或擾動具有很強的敏感性，無論多小的擾動，長時間以后都會使系統徹底偏離原來的演化方向。

那么，有什么辦法破解制約天氣預報時限的“魔咒”，把天氣預報時限拉長至一兩個月呢？

首先，要填補天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”。以前對氣象預報的研究分為天氣預報和氣候預測，能夠進行天氣預報的時限一般是1天至10天，氣候預測的時限則是一兩個月至幾年，10天至30天的延伸期天氣預報相對來說涉及不多。

什么是天氣預報和氣候預測？兩者有什么不同呢？天氣預報就是應用大氣變化的規律，根據當前及近期的天氣形勢，對未來一定時期內的天氣狀況進行預測。天氣預報按時效的長短通常分為三種：短期天氣預報（1天至3天）、中期天氣預報（4天至9天）、長期天氣預報（10天以上）。氣候預測主要是指對延伸期（11天至30天）、月、季度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，以及重要天氣過程和極端天氣氣候事件等。兩者的不同主要表現在：天氣預報是具體天氣狀況的預報，氣候預測則是某時段內氣候要素和天氣狀況平均統計量的預測;天氣預報一般僅限于對大氣圈和水圈物理過程的分析，氣候預測必須考慮包括大氣、海洋、大陸、冰雪、生物圈等在內的氣候系統內能量和物質交換及天文因子的影響。此外，時間較長的氣候預測，還要考慮人類活動對氣候變化的影響。

目前，在全球大氣科學領域，延伸期天氣預報是懸而未決的難題。從時間尺度上看，延伸期領域的天氣預報可看作是常規天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”。在氣候模式中，必須準確刻畫出天氣和氣候系統多尺度相互作用的過程，加強季節內振蕩及其尺度相互作用的機理研究，提出新的延伸期預報理論和方法，提高延伸期預報的準確率。

其次，向世界級氣候預測難題發起挑戰。制約拉長天氣預報時限的“魔咒”是氣候預測。氣候預測是一個具有強烈社會需求的世界級科學難題，迄今為止，世界上還沒有一個國家擁有成熟的氣候預測系統和完整的氣候預測理論。

2020年12月10日，我國國家自然科學基金氣候系統預測基礎科學中心在南京信息工程大學揭牌。成立氣候系統預測基礎科學中心的目的，在于集中聚焦氣候預測研究的三大科學難題：厄爾尼諾和南方濤動（ENSO）與海溫的預測、延伸期天氣預報、年際—年代際氣候預測。該中心將從季風系統動力學理論、精細化陸面過程模式、熱帶海氣相互作用、季節內振蕩、年際—年代際氣候預測理論等方面展開科學攻堅，力爭實現若干關鍵突破，提高氣候預測科學水平和準確率。

前不久，南京信息工程大學羅京佳教授率領的課題組，已經研發出一套高精度氣候預測系統，不但可以耦合大氣、海洋、陸面等不同模式，對未來2年內的氣候情況進行有針對性預測，而且可以結合人工智能算法，提高預測的準確性，對厄爾尼諾現象提前18個月的預報準確率已經提高到80%以上。目前，國際上只有這套系統可以提供未來2年的厄爾尼諾實時預測結果。

今后一旦對大氣季節內振蕩（ISO）研究透徹，天氣預報的時限將可拉長至一兩個月。這樣就可以實現“無縫隙”氣候預測，為居民出行避免異常天氣，為減災防災部門提前做好相關預防措施提供有效信息。