杜鈞康志明

（1 美國國家海洋大氣局國家環(huán)境預報中心，華盛頓，美國；2 中國氣象局國家氣象中心，北京 100081）

天氣預報中不確定性問題的調查分析

杜鈞1康志明2

（1 美國國家海洋大氣局國家環(huán)境預報中心，華盛頓，美國；2 中國氣象局國家氣象中心，北京 100081）

圍繞天氣預報中的不確定性問題，對中國18個?。ㄊ小^(qū)）229名代表了國家、省和地市3級以及不同崗齡的預報員進行了問卷調查。具體調查內容包括了以下3個方面：（1）應用數值預報的情況；（2）對天氣預報準確率的看法；（3）對天氣預報（數值預報）中不確定性、集合預報產品以及預報發(fā)布形式等問題的看法。結果表明，數值預報產品目前已經成為預報員們制作日常天氣預報的主要工具。因此，數值預報所固有的可預報性（不確定性）問題已是預報員不得不面對的一個科學問題。最后，介紹了一項新近關于美國預報員在日常天氣預報中應用集合預報信息所遇到的一些挑戰(zhàn)，這包括“資料不全面、分析工具不足、培訓教育不夠、缺乏檢驗、工作負荷重、模式分辨率低以及預報規(guī)范格式的限制”7方面。這些可供氣象學科帶頭人和業(yè)務管理決策者思考和計劃。

集合數值預報和產品，天氣預報準確率和不確定性，完全預報和不完全預報，預報員和問卷調查

1 引言

正確地處理預報中的不確定性，對于更大地實現天氣、氣候預報的應用價值具有實際意義[1]。作者認為要真正地讓這一理念成為現實，必須要經過以下3大步。第一步，是科學上的認可。自從Lorenz發(fā)現大氣運動的混沌性[2]以及Epstein提出動力隨機預報[3]、Leith提出集合預報[4]以來，大氣可預報性問題的存在和重要性已被逐漸認可。雖然集合預報系統(tǒng)目前還處于發(fā)展階段、結果也不完全理想，但目前它們已在世界上的主要數值預報中心成為日常業(yè)務系統(tǒng)的一部分[5]。所以，第一步目前已經基本成熟。第二步，是讓預報員認可并成為日常預報中不可或缺的一部分。這一步在美國和歐洲正在逐步實現的過程中，特別是預報員的認可在那里已不再是問題。在中國，這一步可能才開始不久。譬如，2008年奧運會期間曾有中尺度集合預報產品的嘗試[6-7]。本文進行的調查研究正是為了加速這第二步的實現。這一方面需要預報員通過實踐和時間來逐步體驗預報不確定性信息的價值，以致使其成為制作預報過程中必不可少的一部分（這需要時間）；另一方面需要氣象業(yè)務管理者根據實際情況來修改預報規(guī)范和改變預報的發(fā)布形式，來適應新科技的進步和用戶的需要（這需要遠見和膽識）。當然，針對不同的用戶，預報發(fā)布的形式可能也不一樣。第三步，是讓公眾和社會接受并應用到具體的決策過程中。有些需要風險估計的用戶，如保險公司，正開始應用氣象預報的不確定性信息。但對于大多數用戶和公眾而言，他們可能還不理解、不能接受或不會應用這種常常包含有幾種可能性的帶有不確定性的定量預報。所以，要實現這第三步顯然是任重而道遠。

2011年5—6月，我們通過電子郵件的方式對中國18個省市的省氣象臺和地市氣象臺以及中央氣象臺部分預報員進行了關于對天氣預報中預報不確定性問題看法的調查（問卷及統(tǒng)計數字見附錄）。調查內容包括對數值預報的應用情況、天氣預報準確率、數值預報的不確定性、集合預報產品以及預報發(fā)布形式等問題的看法。希望調查結果能幫助科研人員和業(yè)務管理者了解業(yè)務預報員們對這一預報不確定性問題的基本看法，以便在今后行動中能有的放矢。具體來說，希望對如下3方面有所幫助：（1）如何更好地提高和改進現有天氣預報信息發(fā)布和服務，這包括預報規(guī)范和發(fā)布形式的改革；（2）如何更有針對性地設計集合預報產品，使它們既能合理表達預報的可信度又能使預報員喜愛并易用；（3）如何讓公眾和用戶更準確全面地理解和吸取天氣預報的有用信息并按自身的特點有選擇地來應用預報信息，更好地為經濟和社會活動服務。

2 基本情況

2.1 樣本

229位業(yè)務預報員參加了調查（回答了問卷），他（她）們來自18個?。ㄊ?、區(qū)）（上海、天津、重慶、江西、江蘇、浙江、山東、安徽、湖北、湖南、四川、河北、廣西、吉林、黑龍江、甘肅、青海和新疆）和中央臺。代表了3級氣象業(yè)務部門（圖1a：國家（9.6%），省（46.3%），地市（44.1%））以及不同崗齡（即從事預報工作的年數）的預報員（圖1b：1～3年（23.1%），4～6年（21.8%），7～10年（17.5%），10年以上（37.6%））。所以，樣本應該具有代表性，因為它包括了各級和不同資歷業(yè)務預報員的群體。

2.2 使用數值預報產品的情況

圖2a是預報員在他們日常制作天氣預報過程中應用數值預報產品的情況?？梢钥闯觯瑪抵殿A報產品已經成為日常預報的主要工具：有88.8%的人既在形勢預報上也在要素預報上應用數值預報產品，另有9.9%的人只在形勢預報上參考數值預報，1.3%的人只在要素預報上參考數值預報，而已經沒有人不在日常預報中運用數值預報。所以，數值預報產品中所固有的可預報性（不確定性）問題[8-9]已是當前預報員不得不面對的一個科學問題。關于這些預報不確定性問題，杜鈞等[10-13]已作過一系列詳細而通俗的介紹。

2.3 對預報不確定性問題的了解

問卷對預報員是否了解預報不確定性問題進行了調查（圖2b）。大部分（66.9%）接受調查的預報員對此問題或多或少有一些了解：47.2%的預報

員或者參加過集合預報的培訓或者閱讀過集合預報和預報不確定性的文章，有19.7%的預報員兩者都有。當然，也有相當數量的預報員（33.1%）對此問題了解不多，既沒有參加過任何培訓也沒有讀過有關文章。如果，再按“崗齡”和“工作單位”兩組來統(tǒng)計，可以發(fā)現資歷深的預報員（≥7年）比資歷淺的預報員（＜7年），對此問題了解的比例要高（～76%比～57%），中央氣象臺的預報員比地市氣象臺的預報員的比例要高（96.4%比55.4%），而省臺預報員介于二者之間（73.6%）。原因是資歷深的預報員（尤其是7～10年的業(yè)務骨干）比資歷淺的預報員參加培訓機會多（～32%比～16%，圖3a）和閱讀多（～71%比～54%，圖3a）；中央臺的預報員比地市臺的預報員參加培訓機會多（50%比9.9%，圖3b）和閱讀多（86.4%比54.5%，圖3b）。從了解這一問題的來源來說，大多數人員是通過閱讀文章（63.3%），而只有少部分人是參加了集合預報等培訓（23.1%）。

圖1 調查樣本分布（a）工作單位；（b）崗齡（預報服務年限）

圖2 數值預報產品使用情況（a）和對“預報不確定性問題”的接觸（b）

3 調查結果

在下面的分析中，除了總體樣本的統(tǒng)計外，還按照“工作單位”（圖1a）、“崗齡”（圖1b）以及“對預報不確定性問題的了解程度”（圖2b）3個子樣本集進行了統(tǒng)計。如果子樣本集的結果沒有明顯不同于總體樣本的結果，我們僅給了總體的結果；否則，我們會指出子樣本集的差異。為了更好地理解調查結果，建議讀者在閱讀本節(jié)前先閱讀附在文后的問卷和總體統(tǒng)計數字而先有個大致的了解。

圖3 了解“預報不確定性問題”的來源（斜線柱代表“閱讀”、實黑柱代表“培訓”）（a）按崗齡；（b）按工作單位

圖4 預報員對當前天氣預報準確性的看法

3.1 對天氣預報水平和服務的看法

圖4是預報員對現有天氣預報準確性的看法。63.8%的人認為“基本準確”，34.9%的人認為“有時對有時錯”，只有極個別的人認為“完全準確”（0.4%）或“完全不準確”（0.4%）。這說明了在承認預報不完全準確的前提下，大部分預報員對現有天氣預報水平有一個比較正面和客觀的看法。當然，這應當歸功于目前的氣象科技已經有了相當的水平和實用價值。值得注意的是，地市臺的預報員對預報準確率比較樂觀（72.3%認為“基本準確”，只有27.7%認為“有時對，有時錯”），而中央臺和省市臺的預報員則比較不樂觀（約55%認為“基本準確”，而認為“有時對，有時錯”的比例增加到41%）。這原因可能是國家和省臺負責的地域較大，情況較全面也比較復雜。另外，從崗齡來看，發(fā)現骨干預報員（7～10年）對此有更負面的看法（47.5%認為基本準確，50%認為“有時對，有時錯”，甚至有2.5%的人認為“基本不準確”）。可能原因有: 一是骨干預報員遇到的疑難過程多，報錯的經歷也多，而對錯誤的印象要更深刻；二是骨干預報員對報對報錯會有更全面的認識，新預報員則僅考慮結果，對其中的技巧和內涵則認識不足；三是近年來數值預報的水平在提高，且雷達、衛(wèi)星、自動站等技術手段也在提升，新預報員對數值預報和新技術的依賴性更大一些，骨干預報員則還需要有轉變過程。但不解的是老預報員（＞10年） 則很樂觀（74.4%認為“基本準確”，25.6%認為“有時對，有時錯”），不知這是否是因樣本局限而出現的偶然結果，還是有什么特殊的相關因素（如水平較高和比較自信）而造成的，筆者不知如何解釋。

當被問及是否對自己所發(fā)布的預報有十足的把握時，絕大多數（95.2%）都承認“沒有” （圖5a）。雖然如此，但他們中的大部分人（86%）在心中卻對所發(fā)布的預報的可信度如何有一個估計（圖5b）。這一結果其實正好反映了氣象預報混沌性的實質——預報存在不確定性，但并不是隨機的。至于天氣為何不能被完全報準（圖6），絕大部分人（93.2%）認為這是由于大氣運動的復雜性和混沌性，并且認為天氣是永遠不可能被100%報準的。只有極少數的人（7%）認為這是因為目前的氣象科技還不夠發(fā)達，但隨著科學的進步，總有一天天氣是可以被完全報準的。中央臺預報員沒有人持這種“總有一天會完全準確”的觀點，而省臺的比較多（12.3%），地市臺的也有一些（3%）。預報骨干（7～10年）有很多人（15%）也持這種觀點。不解的是“對預報不確定性”有些了解的人群持這種觀點的比例反而偏高（15.6%），這似乎剛好同培訓和教育的目的背道而馳。雖然，培訓等對于預報員接受新的技術是一種很重要的途徑[14]，但似乎僅僅靠這種一兩次短暫的培訓和教育是遠遠不夠的。要使人們能接受一種同傳統(tǒng)的做法完全不同的新

觀點和新思想，如集合預報[11]，培訓和教育是一項長期而經常性的任務。這一結果同北京奧運會的中尺度集合預報研究示范項目報告中的結論是一致的[6]。

圖5 預報員對自己制作發(fā)布的單值確定預報的評價（a）準確性的把握；（b）可信度的估計

圖6 預報員對將來終極天氣預報準確性的看法

當被問及為何公眾覺得氣象部門的天氣預報不太準確（如文獻[10]）的原因時（圖7），大多數預報員（69.4%）認為一部分原因在公眾身上——即只記得少數報得不好的（但往往是影響大的復雜的天氣）而忘了多數報得好的(往往是影響小的簡單的晴好天氣）；而另一部分原因在氣象部門自身的片面宣傳上（給人印象是天氣是可以被精確地預報出來的）。但也有相當比例的預報員（24%）只怪公眾，而僅僅只有6.6%的人只怪氣象部門自己。在地市臺中這一點特別明顯，怪公眾的有35.6%，怪自己的僅有3%。而在國家和省一級的預報員中，怪自己的明顯增加（8.5%～13.6%），而怪公眾的明顯減少（14.2%～18.2%）。

在預報不完全準確，“有時對，有時錯”的情況下，如何來提高氣象服務的質量呢？超過半數以上的預報員（56.3%）認為“要加強專業(yè)預報”和“增加預報發(fā)布頻次”雙管齊下。也有相當多的預報員（36.7%）認為只要加強專業(yè)預報就可以提高服務質量；而僅有7%的人認為只要增加預報發(fā)布頻次、不斷更新預報信息就可以提高服務質量。注意，這里所說的專業(yè)預報並不是泛指一般的有償專業(yè)服務，而是指對特定行業(yè)和特別活動的特殊需求“量身定制”的專門化預報。關于針對不同用戶的不同需要，應該用不同預報信息來決策以最大程度來實現預報的經濟價值，這在文獻[12]中有過專門的討論。

圖7 預報員關于“公眾對天氣預報準確性有負面看法”這一現象的認識

圖8 預報員對集合預報產品的選擇

3.2 對預報不確定性產品的看法

首先，廣大預報員（93.9%）對于國家氣象中心能提供數值預報產品的可信度信息[15-17]表示歡迎，只有6.1%的預報員表示不需要。但中央臺的預報員有9.1%表示不要氣象中心提供的預報可信度產品，這一比例要高于省臺和地市臺的預報員。這可能同中央臺能接觸到更多的其他模式預報資訊以及目前的集合預報產品質量還不夠滿意有關。至于具體要什么樣的預報可信度產品（圖8），超過半數以上的預報員（57.2%）想要得到全面的預報不確定性信息，這包括“所有可能事件發(fā)生的概率分布”、“某一特定事件發(fā)生的概率大小”、“最有可能出現的預報”，以及“預報的可能性區(qū)間（從最小值到最大值）”。值得注意的是，在剩下的42.8%的預報員中，“某一特定事件發(fā)生的概率大小”和“最有可能出現的預報”是兩類很受歡迎的產品，分別為15.7%和13.5%。而全面反映預報不確定的“分布”式產品，即“所有可能事件發(fā)生的概率分布”和“預報的可能性區(qū)間（從最大值到最小值）”，其受歡迎程度明顯偏低（分別為6.6%和7.0%），這可能同預報信息是否好用、怎樣用，以及是否有足夠時間消化等有關，當然也有一些

人可能是受習慣性的確定論思維的影響。

圖9 預報員對國家氣象中心向他們提供“預報不確定性”信息和產品的意見

對于預報員自己來說（圖9），有了預報可信度信息以后，大部分預報員（86.4%）認為他們會用來調整和修改其所做的預報，但同時也認識到在目前所要求的“單一值確定論”形式的預報實踐中，并不能充分利用不確定性信息的所有價值，所以認為現行預報規(guī)范需要進行合理科學的修改，以包括不確定性信息作為預報的一部分，即所謂的“完全預報”[1,13]。當然也有相當一部分預報員（13.6%）認為預報不確定性信息沒有用處，反而造成混亂。持這一反對觀點的在老預報員（＞10年）和地市、省級預報員中的比例要高一些（分別為18.6%和14.5%），而中央臺較低（4.5%)。

從前述中，我們已經看到預報員們雖然對自己所做的預報沒有十足的把握，但對于預報的可信度如何卻有一個估計。所以，對于氣象用戶來說，當問到是否應該把這可信度或預報不確定度作為預報內容的一部分（即“完全預報”），并如實地告訴公眾和用戶時（圖10），絕大多數預報員（74.7%）認為“應該”。認為“應該”的比例在國家級預報員中比省、地市級的預報員中要高（86.4%比73%），資深預報員（≥7年）比新預報員（＜7年）要高（80%比70%）。比較上面的結果，這里可以隱約地體會到老預報員（＞10年）對于預報不確定性產品有一種微妙的矛盾心態(tài)：對于用戶，他們持比較開放的心態(tài)（傾向把預報可信度信息告訴用戶），而對于自己，他們有不少人持比較保守的態(tài)度（認為不確定性信息沒有用處，反而造成混亂）。當然，絕大多數資深預報員不管對于用戶（80%）還是對于自己（86%）都持開放的態(tài)度。另外，對于“預報不確定性”有些了解的預報員認為“應該”的比例明顯地高于對此問題不了解的預報員群體（84.4%比69.7%）。在這一點上，培訓與教育似乎起到了一定的作用。值得注意的是，持反對意見的預報員其主要理由（19.7%）是擔心用戶不會應用預報不確定性信息因而造成混亂，而只有5.7%的人是因為“面子”問題（“報不準卻把責任推給用戶”）。所以那些預報員的動機是為用戶著想。這與前面看到的預報員強調“加強專業(yè)預報”來提高氣象服務水平的看法是一致的。這充分說明了氣象界同用戶之間建立關系的重要性，并且這一點已經得到了廣大預報員的認可。關于用戶如何應用預報不確定性的信息，以提高預報的經濟價值和加強科學的決策，杜鈞等[12]對此進行了專門討論。上面兩項的調查結果，表明絕大多數預報員都表示愿意應用預報不確定性的產品（～86%），并且認為應該把預報可信度告訴用戶（～75%）。這說明，用“包含了不確定性”的“完全預報”來取代現行 “確定性單一值”的“不完全預報”是一個已能被廣大預報員接受的概念，它在目前預報員中已有相當的思想基礎。尤其是，他們對自己較對用戶更加開放（～86%比～75%）。當然，針對不同的用戶（如一般公眾和專業(yè)用戶），預報發(fā)布的形式也可有所不一樣，這需要做進一步的探討。其實，在下面的調查結果中也有一定反映。

圖10 預報員關于“是否應該把預報可信度信息告知公眾和用戶”這一問題的看法

圖11 預報員關于“不確定性產品的表達形式”（a）和“如何讓公眾和用戶了解預報的不確定性”（b）問題的看法

那么如何向大眾來表達預報中的不確定性呢（圖11a）？結果發(fā)現，概率是很多預報員所推崇的

（24.9%），用不同的語言和顏色也受到一定程度的歡迎（分別為15.7%和14.8%）。可喜的是有約一半的預報員（44.5%）較開放，愿意接受以上各種方式，認為在不同的場合應用不同的方式來表達。這種開放態(tài)度在中央臺預報員中尤其普遍（達72.7%）。為了更好地做好氣象服務，如何讓廣大公眾和用戶了解氣象預報有不可避免的不確定性本質以避免他們有不切實際的期望呢（圖11b）？有相當數量的預報員（32.3%）認為科普是一種首選的工具。其次依次是同用戶合作（5.2%），培訓（4.8%）和學校科學常識類教科書（3.9%）。而超過半數的預報員（53.7%）認為以上這些都很重要，應該多管齊下。

3.3 推廣應用集合預報所遇到的一些障礙

在美國，由于集合預報開展得比較早（1992年，全球中期集合預報系統(tǒng)上業(yè)務[18]；2001年，區(qū)域短期集合預報系統(tǒng)上業(yè)務[19]），預報員已經很習慣于應用集合預報資料，集合預報已經成為他們日常制作預報不可或缺的一部分。在這種情況下，美國預報員關于推廣應用集合預報和預報不確定信息所面臨的一些問題也許會對中國預報員（還處于熟悉集合預報的開始探索階段）有一些借鑒作用。關于這個問題，美國紐約州立大學石溪分校不久前進行了一項調查（http:// dentrite.somas.stonybrook.edu/CSTAR/Sureys.html）。該調查發(fā)現預報員還不能完全把預報不確定性信息應用在日常的天氣預報實踐中的主要原因有以下這一些（按得分從高到低排列）：

（1）資料。由于數據傳輸能力的限制，許多原始集合預報資料，如所有集合成員的預報，還不能及時傳給基層氣象臺站，所以預報員無法得到完整的信息或根據需要自行加工成特殊的產品。

（2）工具。缺少靈活、方便、功能齊全的資料處理和顯示軟件。所以，預報員無法方便快速地處理（計算）和顯示集合預報資料以提取有效的預報不確定性信息。

（3）培訓。預報員在如何應用集合預報、正確解釋集合產品等方面的知識還需要進一步培訓。

（4）檢驗。對集合預報特別是其不確定性的度量等缺乏系統(tǒng)性的檢驗。所以，預報員們對集合預報的“好”與“壞”心中無數而缺乏信心，影響他們的有效使用。

（5）工作負荷。對現有的常規(guī)預報資料的處理與分析已使預報員們的日常工作忙于應付，因此沒有時間再去消化新增加的集合預報資料。

（6）模式分辨率。由于集合預報要計算許多模式成員，受計算機資源的限制，集合預報模式的空間分辨率一般總是要比高精度的單一預報模式的空間分辨率低很多。所以，許多預報員更愿意去參考高分辨率的模式結果，而忽視低分辨率的集合預報結果。

（7）預報發(fā)布規(guī)范。因為現有的預報發(fā)布規(guī)范和內容格式仍是確定論式的（如全美數碼化預報數據庫，NDFD），沒有給預報不確定性信息留有位置。所以，預報員雖有定量地預報不確定度或預報可信度信息但卻無法表達，因為最后還是要填一個確定的預報值。這一問題在本調查結果中也有同樣的反映。所以，修改預報發(fā)布規(guī)范和格式勢在必行。關于這一點，美國目前正在改革中，如在預報數據庫中增加預報不確定性的內容和在下一代航空預報系統(tǒng)中增加一維“預報不確定性”。

以上這7方面的問題，作者認為中國的預報員在這預報形式轉型的過程中或早或遲都會面臨。所以在這寫出來供學科帶頭人和業(yè)務管理決策者參考應是有價值的。

4 結論與討論

為了了解目前預報員對天氣預報中不確定性的看法，我們對中國18個?。ㄊ小^(qū)）的代表國家、省和地市3級的229位業(yè)務預報員就有關問題進行了調查。具體調查內容包括對數值預報的應用情況、天氣預報準確率、數值預報的不確定性、集合預報產品以及預報發(fā)布形式等問題的看法。調查結果分類總結討論如下。

4.1 數值預報及其可預報性

首先，調查表明目前數值預報產品已經成為預報員們在制作天氣預報中不可缺少的重要工具。因此，數值預報中所固有的可預報性本質是預報員們必須認真面對的一個實際問題。超過半數以上的預報員對預報不確定性問題有一些了解。了解的途徑主要是通過閱讀文章和培訓，其中閱讀文章要比培訓更普遍。這說明通過寫文章來傳播新的思想比培訓可以達到更多的人。所以，在此建議前沿的科學家們應該多寫一些通俗的文章來傳播新的科學思想以促進新科技盡早實現其應用價值。然而，也有相當大比例（三分之一）的預報員對此問題并沒有接觸過，特別是地市級的和新的預報員更是如此。因此，關于數值預報中的不確定性或可預報性問題，教育（如寫文章）和培訓在目前還是一個急需加強的任務，并且還是一種長期的任務，這樣才能真正達到預期的效果。特別要指出的

是，培訓的對象不要忽略了如調查所顯現的地市臺和新的預報員們。

4.2 預報準確率和氣象服務

對于現有天氣預報的水平，幾乎所有預報員都承認它是不完全準確的。并且大部分人也認為即使在將來氣象科學不斷地完善，天氣預報也是不可能完全準確的，因為這是由大氣運動的復雜性和混沌性所決定的?？梢婎A報員們在他們的頭腦里對天氣預報科學的概貌還是有一個很客觀清醒的認識。在關于為何公眾總是責怪氣象部門預報不準確的問題時，大部分預報員認為原因有二：一部分在公眾身上，公眾往往記住少數報得不好的（但也往往是影響大的復雜天氣），而忘了大多數預報得好的（往往是那些影響小的單一的晴好天氣）；另一部分在氣象部門自己身上，氣象部門往往片面地宣傳和過度強調成功積極的一面，而忽略了失敗的報道和分析，以致于留給公眾“天氣是應該可以被準確地預報出來”的錯誤印象，在不知不覺中提高了公眾對天氣預報準確率的期望值。以上兩點很值得我們氣象工作者認真思考。一方面，雖然總體來說，天氣預報已有一定的準確率，但在復雜的重大天氣事件中它往往有很大的不確定性。那么我們如何以科學的態(tài)度來正確地面對這一不確定性（在這里也許“少數”比“多數”更重要）？另一方面是我們應該如何報道宣傳天氣事件？筆者認為對預報事件的報道要全面客觀反映真實的預報水平，而要多利用報錯的重大天氣事件向公眾解釋氣象預報的難處和不確定性等。這樣，長期下來也許會使公眾理解氣象預報的不準確性源自何處，從而降低人們對天氣預報的期望值。在目前預報不太準確的情況下，大部分預報員認為通過針對性的專業(yè)預報和增加預報發(fā)布頻次是提高氣象服務的途徑（特別是前者）。這里可以間接地看到，氣象部門走出去同氣象用戶建立關系是更大地發(fā)揮天氣預報作用很關鍵的一步。

4.3 預報可信度信息的處理和集合預報產品

調查發(fā)現，雖然幾乎沒有人對自己所做的預報有十分的把握，但大部分人對自己所發(fā)布的預報的可信度如何，卻有一個大致的估計，即有些預報把握比較大，而有些沒什么把握。并且大部分預報員同意我們應該把這個可信度作為預報的一部分，實事求是地告訴公眾和用戶。他們也歡迎國家氣象中心(數值預報中心)能向他們提供各種預報不確定性的產品。其中，“單一解”類的集合預報產品似乎比“多解”類的集合預報產品至少在現階段更受預報員們的歡迎。所有這些產品都能在一定程度上幫助預報員們來修正預報結果，但是他們也認識到在不改變現行“確定論形式”的預報規(guī)范的情況下，這些預報不確定性信息的用處受到很大的限制。當然，也有一些人因為擔心用戶不會應用預報不確定性信息，所以覺得不應該把預報中的不確定性信息告訴用戶。可見讓用戶熟悉和應用預報不確定性信息的專業(yè)“氣象行業(yè)服務模式”是多么的重要。總的說來，用“包含了不確定性”的“完全預報”來取代現行“確定性單一值”的“不完全預報”是一個已經能被大多數預報員接受的概念，它在目前的預報員中已有相當的思想基礎。當然，從思想到行動，它還有很長的路要走。

4.4 向公眾、用戶表達和宣傳預報的不確定性

在如何向公眾和用戶表達預報中的不確定性方面，概率是很多預報員所推崇的，用不同的語言和不同的顏色也受到一定程度的歡迎，更多的人認為要在不同的場合應用不同的方式來表達（這一點可作進一步的探討）。在如何讓公眾和用戶了解氣象預報存在不確定性的科學事實方面，有相當數量的預報員認為科普是一種首選的工具，其次依次是同用戶合作、培訓和各類學校的教科書。超半數以上預報員認為以上這些都很重要，要多管齊下。筆者認為，目前預報員們對于大眾教科書的教育重要性認識可能還不足。其實，從長遠來看，在科學常識類教科書中把氣象科學的不確定性本質寫進去，這會使下一代人對氣象預報有一個正確的看法，而不至于對預報準確性有不切實際的期望。從短期看，科普應該是一個不錯的補救方法?？上У氖?，現在的氣象科普基本上都是“知識型”的，以介紹大氣現象為目的。這種“知識型”的科普只授人以知識而不能改變人的思想和看法，所以其社會價值非常有限。因此，我們也應該寫一些“觀念型”的氣象科普文章以幫助大眾了解和正確應用氣象信息。

4.5 美國預報員應用集合預報資料所遇到的障礙

最后，文章利用不久前紐約州立大學石溪分校所進行的一項調查介紹了美國預報員在日常業(yè)務中應用集合預報資料所遭遇到的一些障礙。這包括以下7個方面：資料不全面、分析工具缺乏、培訓不夠、系統(tǒng)性檢驗缺乏、工作負荷重、模式分辨率不夠、預報規(guī)范格式限制。這7方面的實際問題作為氣象學科帶頭人和業(yè)務管理決策者應該認真思考并提前合理安排和計劃。

A Survey on Forecasters’ View about Uncertainty in Weather Forecasts

Du Jun1, Kang Zhiming2
(1 National Centers for Environmental Prediction/NOAA, Washington, D.C., USA 2 National Meteorological Centre/CMA, Beijing 100081)

A nation-wide survey was conducted to 229 forecasters who came from 18 provinces representing both senior and junior forecasters at all three levels (national, provincial and regional) in China. Three issues are surveyed: (1) usage of numerical weather prediction (NWP) in daily operational weather forecasting; (2) opinion about weather forecast accuracy; and (3) view about uncertainty in forecasts including ensemble products and methods to convey forecast conf i dence. The result shows that NWP has been applied by all forecasters to their daily preparations of weather forecasting. Therefore, forecast uncertainty or predictability issue associated with highly nonlinear NWP models is a reality which forecasters have to face day by day. Longterm education is needed to train forecasters in effectively using and correctly interpreting forecast uncertainty information. Regarding weather forecast accuracy, all forecasters admit that any forecast has errors and believe that it will never be perfect no matter how advanced meteorological sciences are, given chaotic nature of the atmospheric system. With imperfect forecasts, most forecasters believe that specialized forecast products particularly tailored to a certain type of customer as well as frequent updates of forecast information are important to maximize the economical and societal values of weather forecasts. In spite of the variation in forecast accuracy, most forecasters have, however, an idea about their conf i dence or diff i culty level of a forecast he or she is issuing beforehand. Being asked if such forecast conf i dence information should be released to the public and users, most forecasters responded with a positive “yes” answer although a few of them worried that the pubic and users might be confused and do not know how to use these information correctly. To fully accomplish this, forecasters acknowledge that forecast-issuing format/context must also need to be reformed accordingly. Furthermore, the majority of forecasters welcome the National NWP Center to provide ensemble-based quantitative forecast uncertainty products for them to use although the “single-solution” type of ensemble products is currently more preferred to “multi-solution” type. Therefore, the “complete forecast” concept of including quantitative uncertainty information as part of a forecast instead of the current single-valued deterministic “incomplete forecast” is generally an acceptable one to forecasters. Various formats are also voted to better convey forecast uncertainty information to the public. To let the public and users be aware of the fact that a forecast always has a certain degree of uncertainty and it is necessary and valuable to take such uncertainty into account in their decision-making process, forecasters agreed that a combination of popular scientif i c education, training and collaboration is a way forward to achieve the goal.

ensemble numerical weather prediction and product, weather forecast accuracy and uncertainty, complete and incomplete forecasts, forecaster and questionnaire

10.3969/j.issn.2095-1973.2014.01.008

2013年9月30日；

2014年1月10日

杜鈞（1962—），Email：Jun.Du@noaa.gov

資助信息：公益性行業(yè)（氣象）科研專項（GYHY201006018） ；中國氣象局氣象關鍵技術集成與應用項目（CMAGJ2013Z05）

Finally, a survey recently done by Stony Brook University about the challenges faced by U.S. forecasters in utilizing ensemble information in their daily forecasting activity is introduced. The seven main obstacles identif i ed by the survey

are summarized, which could be a useful reference for Chinese forecasters, scientists and managers in making their long-term plans. The seven challenges are “unavailability of full ensemble data, lack of ensemble data mining/interpretation/display tool, lack of relevant training and education, lack of ensemble product verif i cation, forecasters’ overload of their daily routine work, coarse spatial resolution of ensemble model, and limitation/restriction of forecast-issuing format/context”.