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从预报天气到预测气候

时间:2021/6/16 7:24:41 点击:

  中国都市信息报讯:面对全球变暖、极端气候事件频发给人类带来的挑战,加强气象预报预测并及早未雨绸缪,是应对气候变化的重要举措。

  近日,中国气象局面向公众发布气候预测信息,今后大家可以通过国家气候中心及各地气象局官方网站,查询未来一段时间的气候预测结果。这对持续提升我国气候预测水平、更好地应对气候变化具有重要意义。

  气候预测包括哪些内容?预测准确率怎么样?我们如何科学用好气候预测,更好促进人与自然和谐共生?针对这些问题,记者进行了采访。

  什么是气候预测?

  主要是对延伸期(11天到30天)、月、季节和年度气候趋势进行预测。核心技术长足发展,让我国气候预测准确率稳步提高

  葡萄枝条在架子上萌发攀爬,嫩绿的片片新叶生机盎然。河北省张家口市怀来县桑园镇夹河村,村民郝忠元正在葡萄园里忙着浇地、抹去多余的葡萄芽。

  葡萄露天种植,天气气候着实关键。4月12日晚上,一股寒潮袭来,老郝和家人赶忙在地里点起火堆给葡萄增温,好多新芽还是冻坏了。“种地,最盼能摸准老天爷的脾气!”老郝说,“除了一两周以内的天气预报,如果能提前知道更长时期的天气就好了,这样就能及时调整葡萄出土时间,准备防灾物资,降低气候带来的影响。”

  老郝渴盼了解的“天气预报够不着的天气”,专业名称就是:气候预测。

  气候预测主要是对延伸期(11天到30天)、月、季节和年度气候趋势进行预测,包括气温、降水等气象要素相较于平均状态的偏离程度,重要天气过程和极端天气气候事件等。

  今年3月23日世界气象日,中国气象局首次面向公众发布未来11天到30天的《气候预测公报》。4月2日,在中国气象局召开的新闻发布会上,有关负责人介绍了今年全国汛期气候趋势预测情况,这是气象部门第一次向公众发布全国汛期气候趋势预测。

  “我国是世界上最早开展气候预测业务的国家之一。”国家气候中心首席预报员、气候预测室总工程师陈丽娟说,“不过,气候预测是大气科学领域的世界性难题,而我国处于东亚季风区,季节和年际变率大,影响我国气候的系统复杂,气候预测信息还有较大的不确定性。因此,此前的气候预测服务主要面向政府部门,供各行业作为决策参考,没有向公众发布。”

  近期,中国气象局经过深入调研分析,决定开始向公众发布气候预测信息。从事气候预测研究和业务工作已有26年的陈丽娟感到“肩上的压力更大了”。不过,她和同事们也清楚地认识到,“随着经济社会各方面需求的持续增加、科技的发展进步,这件事势在必行。”

  天气预报对人们的生产生活、交通出行帮助很大,但天气预报主要提供最近几天的信息,这与现代生产生活多方面的需求还存在差距。随着经济社会快速发展,很多领域需了解更长时间的气候预测信息,各行各业对气候预测的需求很迫切。

  与此同时,我国持续推进气候业务能力建设,通过科技创新、潜心发展,气候预测业务完成了从以物理统计为主,到以气候预测数值模式(简称气候模式)为基础、动力与统计方法相结合的转变,以气候模式为代表的气候预测核心技术有了长足发展,客观化预测水平有了很大提升,气候预测准确率稳步提高。

  “以前我们发布气候预测信息时可能信心不足,现在报得比较好了,这也为面向公众发布气候预测增添了底气。”中国工程院院士、国家气候中心首任主任丁一汇说。

  怎样预测气候?

  气候模式是基础,科学家编写反映很多数理方程原理的复杂程序,再通过最先进的超级计算机进行运算

  呈现在我们面前的气候预测“产品”,到底是怎样“生产”出来的?

  “现代气候预测主要基于气候模式和物理机制诊断相结合的办法。”国家气候中心主任宋连春介绍,经过近半个世纪的发展,目前国内外气候模式对气候系统的模拟、刻画已经比较全面。

  地球的气候系统由海洋、陆地、大气、冰冻圈、生物圈这五大圈层构成,非常复杂。气候模式可以说是对气候系统的数学表达,科学家编写反映很多数理方程原理的复杂程序,再通过超级计算机进行运算,对未来的气候演变趋势作出预测。气候模式要用的数据量大得惊人,往往达到几十个TB(万亿字节),有的预测要用高速计算机“转”好几个月。

  “另一方面,气候模式虽然有长足的发展,然而在准确模拟海洋、陆地、大气、冰冻圈、生物圈等多圈层的相互作用方面,还有很长的路要走。”宋连春说,“因此我们在气候预测中,会基于大量历史观测数据,利用数学和物理规律,诊断全球海洋、海冰、陆面过程等对东亚季风环流的影响,这也是非常重要的手段。”

  宋连春表示:“实际气候预测业务中,是以气候模式为基础、动力与统计方法相结合‘两条腿走路’,获取气候模式预测信息和机理诊断的关键要素预测信息,进行最优集成,然后给出气候预测结论。”

  在科研工作者的不断努力下,如今我国的气候模式已发展到第三代。这一模式由国家气候中心吴统文研究员带领团队自主研发,于2020年11月通过评审,进入准业务化运行。第三代气候模式的气候预测性能有明显提升,达到国际先进水平。

  “随着物理、数学、化学等领域的科技进步以及计算机的发展,我国气候预测准确率呈现螺旋式上升的趋势。”陈丽娟说。

  “在气候预测业务历史上,有很多成功的案例。”陈丽娟介绍,例如,2018年汛期预测东亚夏季风偏强,我国北方地区降水明显增多,长江中下游降水偏少,对全国夏季旱涝分布的预测与实况基本一致。

  “当然,受科技发展水平的限制、人类认知的局限以及可预报性上限的影响,气候预测还有不准确的方面。”陈丽娟坦承。

  她举例说,对2008年的南方低温雨雪冰冻事件,没有提前一两个月预测出来。在那以后,我国设立了一批科研项目,通过深入研究,对气候变化背景下出现持续性低温冷害的机理认知更为清晰,对这类极端气候事件的预测和服务也取得了明显进步。

  “气候预测准确率是有‘天花板’的。”陈丽娟说,一般认为,气候预测准确率上限为75%至85%。目前,我国气候预测的准确率达到70%左右。

  气候预测如何应用?

  影响气候的因子极为复杂,不确定性较大。公众要科学合理地使用预测结果

  “雨季什么时候到来,什么时候结束?这是我每年最揪心的事情。”湖南澧水流域水利水电开发有限公司防汛办主任刘世军说。眼下,他和湖南省气象部门保持热线联系,密切关注着每天滚动更新的气候预测和天气预报信息

  “澧水公司管理着江垭和皂市两个大型水库。雨季开始前,水库要计划腾库;雨季结束时,要拦洪蓄水。澧水是山溪性河流,洪水陡涨陡落。雨季开始时间和结束时间是水库运行的重要时间节点,把握不准,就可能给防洪、发电、保生态用水等带来不利影响。”刘世军说。

  去年5月中旬,湖南省专业气象台提出澧水流域将在6月上旬进入雨季,这一预测与实况基本吻合,为澧水公司科学调度提供了决策依据。

  陈丽娟认为,随着气候预测准确率和公众认知度的提升,气候预测在防灾减灾以及各行各业的生产规划等方面,将得到更有效的应用,农业、水利、工业、交通、电力、旅游、体育等很多领域都将受益。

  服务防汛抗旱——我国地形复杂,受东亚夏季风系统变率大的影响,每年七大江河流域的旱涝情况不同。在防汛抗旱物资储备、农业灌溉用水和水力发电调度方面,准确的预测可以使灾害损失降低到最小,使水利资源的利用效益发挥到最大。

  助力农业生产——准确的气候预测和天气预报服务相结合,有利于农业生产的安全运行。例如,准确预测春季气候是否异常、春雨多寡、气温高低,可以帮助农业生产部门及广大农民对农作物选种、播种进行科学决策。

  增效工业生产——准确的气候预测,能协助相关部门和企业提前做好生产计划和相关安排,避免经济损失。

  此外,在金融领域的农产品、能源期货交易等方面,气候预测信息都能发挥显著作用。

  “总之,准确的气候预测对社会各界生产生活有巨大帮助,可以提高生产效率,减少气候灾害造成的损失。”陈丽娟说。

  不过,在目前预测水平还不能“百发百中”的情况下,怎样才能发挥好气候预测的作用?

  “我想强调一点,气候预测是世界性的难题,对于我国而言,影响气候的因子极为复杂。因此,公众在使用气候预测信息的时候,要充分认识和了解气候预测的不确定性,气候预测的精准程度和我们熟悉的天气预报相比有一定差距,要科学合理地使用预测结果。”国家气候中心副主任贾小龙说。

  贾小龙表示,气象部门会不断提供滚动更新的预测信息,请大家及时关注。另外,公众要注意中央气象台发布的中期、短期天气预报,与气候预测信息结合起来加以利用,才能更好地发挥气象预报服务的作用。

  怎样提升预测水平?

  在多学科的交叉融合中寻找突破点,气候预测数值模式进步是提高预测准确率的重要途径

  83岁的丁一汇院士,每天都早早来到办公室,开始一天的工作,他的日程表排得满满的,“这些年气候预测的进步显著,我感到很欣慰”。

  1995年,我国成立国家气候中心。丁一汇带领团队,研发出第一代气候模式,奠定了我国气候预测业务系统的基础。“这个气候模式是全国70多个单位大协作的成果,获得了2003年度国家科技进步一等奖,是我国第一批对IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)评估报告撰写做出贡献的模式之一。”丁一汇说。

  丁一汇认为,如今,气候变化日益显著,这对气候预测的准确率带来更大挑战。过去认识到的一些海洋和大气相互作用、陆地和大气相互作用等方面的机理,随着全球变暖,也可能会发生变化,进而给气候预测造成障碍。

  怎样进一步提升气候预测的能力和水平?

  “制约气候预测准确率的主要因素,是人类对气候系统的科学认知水平。气候系统包括全球海洋、陆地、海冰、大气等的演变及相互作用,全面理解其中的物理机理和影响过程,需要国内外科学家的科研攻关。”丁一汇说,此外,全面开展气候系统监测,完善气候模式的物理、化学、生物等过程,这不仅是气象工作者的工作,还涉及数学、物理、化学、计算机等学科的发展。制约气候预测准确率的因素很多,需要长期的努力。

  “我们研发气候模式比发达国家晚,现在还需要努力追赶欧美第一梯队。”丁一汇认为,“最近,我们开始向社会公开气候预测结论,在实践中接受检验,有利于知道问题在哪儿,从而更好地前进。”

  “大气运动本身就是一个复杂的、非线性的混沌系统。经过近半个世纪的研究和探索,目前对未来月、季尺度的气候预测有了长足的进步,但与天气预报相比,准确率和可靠性相对依然较低。”中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室主任肖子牛说,未来要继续加强对气候的基础研究,继续拓展对整个气候系统的信息探测和认知,不断发展分辨率更高、物理过程更准确完善的气候系统数值模式,依靠多学科的交叉融合寻找提高预测准确率的途径。

  “数值模式是大气科学重要的实验平台,也是天气气候预测的重要技术手段。”肖子牛表示,天气预报准确率不断提高的历史经验告诉我们,数值模式预报系统进步是提高预报准确率的重要途径。我国已经建立了地球系统数值模拟大科学装置,为未来气候预测数值模式的发展提供了良好的创新科研平台。

  肖子牛还认为:“学科的交叉融合可能会激发出意想不到的突破点,天气预报数值模式就是大气科学、计算数学和信息科学交叉融合发展起来的一个典范。人工智能、机器深度学习、大数据等的发展,也将为气候预测准确率的提高打开新途径。”

  记者手记

  让气候预测更好服务国计民生

  对预测阴晴冷暖的天气预报,我们几乎每天都会接触到。而对于气候预测,很多人或许还感到陌生。

  实际上,气候预测的结果,正给全世界带来一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。当前,包括我国在内的全球100多个国家和地区已经提出了碳中和目标,这一气候雄心和降碳行动的依据,主要就是科学家们利用气候模式做出的长期气候预测:随着人类活动持续排放大量二氧化碳等温室气体,未来几十年全球气温将不断攀升、持续变暖,人类面临巨大风险和挑战。

  气候预测、天气预报,“测”与“报”的一字之差,清晰表明了二者的精准度和不确定性是有差别的。预估未来较长时期的气候,机理复杂,变数很大,显然更为困难。不过,存在不确定性不等于不可靠和不能用。从以往对全球平均气温上升趋势的预测和实况对照来看,气候模式的可信度就很高。加大力度攻坚克难,让气候预测越来越精准可靠,及早预知未来气候状况并采取有效行动,我们就可以更好地趋利避害,利用好风、光等气候资源,同时避免或减轻灾害影响。

  天气气候和我们的生产生活息息相关。如今,气候频频走极端,加快建设气象强国,努力把准天气气候的“脉动”,我们才能切实保障生命安全、生产发展、生活富裕、生态良好,让人与自然生命共同体永续发展、生生不息。

  本报记者 刘 毅

 来源:不详
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