劉二影 黃玲霞 安明 葉梓杰

摘 要：氣象預(yù)報(bào)是氣象科學(xué)技術(shù)發(fā)展與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的聯(lián)合產(chǎn)物。從產(chǎn)生到現(xiàn)在，人類(lèi)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了漫長(zhǎng)而艱苦的探索，獲得了一定的顯著成就。像是氣象諺語(yǔ)、天氣圖預(yù)報(bào)、數(shù)值預(yù)報(bào)等方法的出現(xiàn)，大大提升了氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性。在氣象科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的同時(shí)，人類(lèi)對(duì)氣象預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)有了一定的積累，大氣科學(xué)理論也在不斷完善，但是面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)仍然存在。本文通過(guò)對(duì)氣象預(yù)報(bào)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡述，分析了氣象預(yù)報(bào)現(xiàn)存的不確定性，最后對(duì)應(yīng)對(duì)該現(xiàn)象的措施進(jìn)行了討論，以便讓氣象預(yù)報(bào)在更有效地為政府部門(mén)和廣大民眾服務(wù)的同時(shí)，提高大家對(duì)氣象預(yù)報(bào)不確定性的認(rèn)知。

關(guān)鍵詞：氣象；預(yù)報(bào)；不確定性

中圖分類(lèi)號(hào)：P456.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0331-02

1 引 言

氣象科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是氣象行業(yè)發(fā)展的必要基礎(chǔ)，氣象科技技術(shù)的發(fā)展程度更是一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)水平和科學(xué)水平的重要體現(xiàn)，氣象預(yù)報(bào)是氣象科學(xué)技術(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的共同產(chǎn)物。氣象預(yù)報(bào)，旨在分析大氣變化的基礎(chǔ)上掌握變化規(guī)律，根據(jù)過(guò)去一段時(shí)間的氣候形勢(shì)，對(duì)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的天氣、氣候狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。自古至今，盡管隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及氣象預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)的長(zhǎng)期積累，大氣科學(xué)理論正在不斷地完善，但是氣象預(yù)測(cè)仍然面很多的困難和挑戰(zhàn)。

諸如數(shù)值預(yù)報(bào)、天氣圖分析、氣象諺語(yǔ)等，氣象預(yù)報(bào)的方法有很多，然而不可置否的是，大氣是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，天氣又是大氣運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，存在多種因素對(duì)其產(chǎn)生影響。長(zhǎng)期以來(lái)，氣象預(yù)報(bào)存在不確定性，文章就此進(jìn)行闡述和討論。

2 氣象預(yù)報(bào)概述

大氣是不斷變化的，它在短時(shí)間內(nèi)可以表現(xiàn)出各種狀態(tài)和過(guò)程，在長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)又可以呈現(xiàn)出這些狀態(tài)和過(guò)程出現(xiàn)的規(guī)律，人們將這種短時(shí)間內(nèi)的大氣狀況稱(chēng)為天氣，把長(zhǎng)時(shí)期氣象要素的統(tǒng)計(jì)狀況和天氣過(guò)程的綜合表現(xiàn)定義為氣候。一般地，天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)都屬于氣象預(yù)報(bào)的范疇。

天氣預(yù)報(bào)依照其預(yù)報(bào)時(shí)效的長(zhǎng)短劃分為三類(lèi)，分別是短時(shí)、短期和中期。12h以?xún)?nèi)為短時(shí)，1～2d為短期，3～15d為中期，通常而言，大部分在電視上與廣播里播出的都是短期和中期天氣預(yù)報(bào)。月以上的只能做氣候預(yù)測(cè)，稱(chēng)為短期氣候預(yù)測(cè)。氣候預(yù)測(cè)是對(duì)未來(lái)某時(shí)段（如季節(jié)、年際或更長(zhǎng)時(shí)段）氣候發(fā)展的可能趨勢(shì)進(jìn)行描述，它也會(huì)根據(jù)時(shí)間尺度的變化，分為月、季、年際、年代際的類(lèi)別。

3 氣象預(yù)報(bào)的方法

3.1 氣象諺語(yǔ)

幾千年來(lái)，人們通過(guò)目力的方式觀(guān)測(cè)天象、物象的變化，編成氣象諺語(yǔ)，用以預(yù)測(cè)未來(lái)的天氣、氣候。關(guān)于氣象知識(shí)的研究記載，國(guó)內(nèi)外都可追溯到公元前。我國(guó)最早在公元前14世紀(jì)的殷商時(shí)期發(fā)現(xiàn)了相關(guān)記錄，如在發(fā)掘甲骨文的過(guò)程中，就發(fā)現(xiàn)了氣象預(yù)報(bào)的記載。而在國(guó)外的遠(yuǎn)古時(shí)期也有關(guān)于氣象諺語(yǔ)的出現(xiàn)，考古發(fā)現(xiàn)興盛時(shí)期巴比倫的黏土片上就有關(guān)于氣候變化的文字記載。古希臘著名學(xué)者亞里士多德在對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的各種氣象知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)歸納，完成了歷史上第一部氣象專(zhuān)著《氣象匯論》?？傊瑲庀笾V語(yǔ)的產(chǎn)生，不僅是人類(lèi)智慧的結(jié)晶，更是生活實(shí)踐中自然規(guī)律的積累，可以用來(lái)預(yù)測(cè)氣象變化，具有一定的科學(xué)意義。再者，氣象諺語(yǔ)朗朗上口、簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔、代代相傳，備受民眾追捧，現(xiàn)在仍然有大部分老百姓相信氣象諺語(yǔ)的準(zhǔn)確性。然而，不能否認(rèn)的是，由于先人對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)絕大多數(shù)僅是根據(jù)目力判斷，具有很大的片面性甚至是誤導(dǎo)性，氣象諺語(yǔ)的適用有著自身的地域性和局限性。

3.2 天氣圖預(yù)報(bào)

大氣是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化發(fā)展的系統(tǒng)，想要掌握其變化發(fā)展規(guī)律，需要從地面到高空獲得大量的實(shí)時(shí)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)。天氣圖作為氣象部門(mén)分析和預(yù)報(bào)天氣的重要工具，是一種在不同地點(diǎn)把同一時(shí)間氣象要素顯示出來(lái)的特制地圖。

天氣圖預(yù)報(bào)法最早是19世紀(jì)中葉在歐洲開(kāi)始得到推廣，并迅速普及到世界各地。隨著研究的深入，前人通過(guò)天氣圖將分析天氣系統(tǒng)變?yōu)榉治鲆恍┚哂幸欢臻g結(jié)構(gòu)和大氣運(yùn)動(dòng)特征的系統(tǒng)。天氣圖法這種預(yù)報(bào)方法是以天氣圖為基本工具，現(xiàn)在仍舊是大部分氣象臺(tái)采用的預(yù)報(bào)天氣的方法之一。它從各層天氣圖上分析出同一時(shí)刻的天氣狀況和天氣系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)，又從幾個(gè)前后連貫的時(shí)刻天氣圖上，對(duì)這些天氣系統(tǒng)的消亡、發(fā)展、移動(dòng)、生成等等變化做出判斷，弄清不同天氣系統(tǒng)間的關(guān)系。之后，根據(jù)這些分析，應(yīng)用天氣動(dòng)力學(xué)原理對(duì)不同天氣系統(tǒng)的未來(lái)演變做出預(yù)測(cè)，作出天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)。最后，再依照可能的天氣形勢(shì)演變趨勢(shì)作出風(fēng)、云、氣壓、溫度、降水等等天氣現(xiàn)象和氣象要素的預(yù)報(bào)。

從形勢(shì)預(yù)報(bào)到具體的天氣現(xiàn)象和氣象要素預(yù)報(bào)，主要依靠預(yù)報(bào)員的主觀(guān)研判。預(yù)報(bào)員在長(zhǎng)期預(yù)報(bào)積累中，可以結(jié)合預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)和相似歷史個(gè)例做出預(yù)報(bào)。這種方法有一定的劣勢(shì)，在天氣形勢(shì)發(fā)生突然變化時(shí)，預(yù)報(bào)員往往會(huì)反應(yīng)不及。影響天氣變化的因素太多，即使是形勢(shì)判斷正確，做出某地具體的天氣預(yù)報(bào)也是十分困難的。

3.3 數(shù)值預(yù)報(bào)

大氣運(yùn)動(dòng)雖然是錯(cuò)綜復(fù)雜的，但其仍舊還是有一定的規(guī)律可循。正是因?yàn)檫@些規(guī)律的存在，大氣規(guī)律計(jì)算才可能實(shí)現(xiàn)。國(guó)外一些學(xué)者表示，在一定的“邊值和初值”條件下，對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模式進(jìn)行描述可以很好地對(duì)一定范圍內(nèi)的大氣的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，這種氣象預(yù)報(bào)的方式，很受各國(guó)追捧，已經(jīng)獲取了了充分的發(fā)展，成為了業(yè)務(wù)預(yù)報(bào)的核心。目前，數(shù)值預(yù)報(bào)法一般用于天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)。它應(yīng)用熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本原理對(duì)大氣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行描述，把影響大氣變化的主要過(guò)程以及各種物理過(guò)程列出一組控制方程，然后把各層次和地區(qū)上的分析結(jié)果和初始觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，按時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)方程組進(jìn)行反復(fù)求解，進(jìn)而得出未來(lái)時(shí)刻各個(gè)層次上，各個(gè)地點(diǎn)的風(fēng)速矢量、濕度、溫度、和等壓面高度的三個(gè)分量的預(yù)報(bào)值，并在圖上自動(dòng)填繪，成為一張對(duì)未來(lái)48h、24h甚至更長(zhǎng)時(shí)效的天氣形勢(shì)預(yù)報(bào)圖。

數(shù)值預(yù)報(bào)與天氣圖預(yù)報(bào)相比，去除了人為主觀(guān)性，讓預(yù)報(bào)結(jié)果更為客觀(guān)和具體，但由于大氣運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性和計(jì)算機(jī)本身性能的限制性，往往會(huì)對(duì)預(yù)報(bào)方程組進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后計(jì)算出的預(yù)報(bào)結(jié)果不可避免地會(huì)帶來(lái)一定的差距，因此也不可能預(yù)報(bào)的十分精確。

4 氣象預(yù)報(bào)出現(xiàn)的不確定性及表現(xiàn)

4.1 氣象預(yù)報(bào)出現(xiàn)的誤差類(lèi)型

氣象預(yù)報(bào)是以理論為基礎(chǔ)、以觀(guān)測(cè)為前提、以數(shù)值為核心，根據(jù)預(yù)報(bào)員的綜合研判和訂正最后形成的。隨著氣象科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值預(yù)報(bào)結(jié)果已經(jīng)成為預(yù)報(bào)員的主要參考，數(shù)值預(yù)報(bào)的不確定性很大程度會(huì)造成氣象預(yù)報(bào)不準(zhǔn)，本文將從以下三方面討論數(shù)值預(yù)報(bào)的不確定性。

4.1.1 初始誤差

模式初值的質(zhì)量對(duì)于數(shù)值預(yù)報(bào)來(lái)說(shuō)，具有十分重要的作用。由于存在諸多的客觀(guān)影響因素，模式的基礎(chǔ)條件只是模擬氣象真實(shí)狀況的值，因此誤差是不可避免存在的。重點(diǎn)決定于所運(yùn)用的設(shè)備的精密度以及外部環(huán)境的影響和觀(guān)測(cè)技術(shù)的技術(shù)水準(zhǔn)、準(zhǔn)確性等，例如氣象站的觀(guān)測(cè)誤差。一方面，在對(duì)大氣現(xiàn)象運(yùn)用氣象衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行觀(guān)測(cè)分析時(shí)，由于大氣散射對(duì)云頂高度和地面反照率的影響，衛(wèi)星反演也存在誤差。另一方面，觀(guān)測(cè)資料也存在片面性。在一些偏遠(yuǎn)地區(qū)和洋面，觀(guān)測(cè)站分布較少，觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量也是有待考究的。此外，在利用氣象雷達(dá)對(duì)大氣進(jìn)行觀(guān)測(cè)時(shí)，由于電磁波在大氣中的衰減和折射等原因，通過(guò)雷達(dá)探測(cè)的回波強(qiáng)度推測(cè)降水量的多少也會(huì)存在誤差。

4.1.2 模式誤差

模式誤差指模式在模擬不精準(zhǔn)而引起的偏差，也指在模擬過(guò)程中忽略了某些物理、動(dòng)力過(guò)程引起的偏差，也包括模式計(jì)算不準(zhǔn)確的誤差。例如，在模擬中小尺度體系的生消變化，氣象變化中的湍流現(xiàn)象是無(wú)法做到精準(zhǔn)預(yù)測(cè)的。不管模式精準(zhǔn)度多高，因?yàn)榇髿馐遣粩嘧兓慕橘|(zhì)，一定會(huì)存在一些低于網(wǎng)格距尺度的變化無(wú)法準(zhǔn)確體現(xiàn)在系統(tǒng)內(nèi)。再者，由于大氣運(yùn)動(dòng)復(fù)雜多變，總有一些客觀(guān)存在的物理、動(dòng)力過(guò)程沒(méi)有被人們發(fā)掘，不可避免在數(shù)值模擬中會(huì)忽略。盡管近些年，人們對(duì)大氣運(yùn)動(dòng)的各種機(jī)制認(rèn)知有很大程度的提高，數(shù)值模擬的參數(shù)化方案也有進(jìn)一步的改善，計(jì)算機(jī)性能也是不斷提高，但是大氣運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性是難以想象的，數(shù)值模式的模擬總是難以對(duì)各種物理、動(dòng)力過(guò)程進(jìn)行完美呈現(xiàn)，數(shù)值模擬仍然需要不斷的探索和研究。

4.2 氣象預(yù)報(bào)不確定性的表現(xiàn)

歸根到底，大氣運(yùn)動(dòng)復(fù)雜多變，天氣的發(fā)生和發(fā)展受初始條件的影響很大。氣象預(yù)報(bào)工作的精確度，一樣也由于當(dāng)前現(xiàn)有數(shù)值模式技術(shù)水平的限制，而導(dǎo)致存在很大的誤差性。所以，預(yù)報(bào)員在進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)時(shí)，不可避免地會(huì)在預(yù)測(cè)大氣運(yùn)動(dòng)時(shí)，引入不確定的因素，由此勢(shì)必引發(fā)氣象預(yù)報(bào)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。針對(duì)這個(gè)作為固有存在現(xiàn)象的問(wèn)題，我們首先要客觀(guān)正視，其次政府部門(mén)和廣大民眾也要接受這種不確定性的事實(shí)。總之，天氣預(yù)報(bào)的不確定性是大氣運(yùn)動(dòng)復(fù)雜性影響的必然，是由很多因素而引起。

4.3 應(yīng)對(duì)氣象預(yù)報(bào)的不確定性的措施

針對(duì)氣象預(yù)報(bào)的不確定性，首先要做的就是對(duì)自己的預(yù)報(bào)樹(shù)立信心，一定要認(rèn)識(shí)到，任何事物都具有兩面性，在多數(shù)情況下氣象預(yù)報(bào)是準(zhǔn)確的，同樣也存在不準(zhǔn)確性的可能。想要做到正確應(yīng)對(duì)氣象預(yù)報(bào)的不確定性，要做到以下幾點(diǎn)：①應(yīng)注意通過(guò)各種宣傳方式，加大對(duì)氣象知識(shí)的普及，讓民眾認(rèn)知天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性一直在提升。②作為氣象部門(mén)，應(yīng)不斷完善數(shù)值預(yù)報(bào)模式，對(duì)新的觀(guān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行積極的研發(fā)。③要對(duì)氣象工作人員開(kāi)展科學(xué)合理的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，不斷推動(dòng)其進(jìn)行多元化的發(fā)展。④我們應(yīng)更加客觀(guān)有效的利用多渠道進(jìn)行氣象預(yù)報(bào)滾動(dòng)更新，在最大程度上服務(wù)民眾，同時(shí)減少氣候?yàn)?zāi)害給居民生命安全造成的損失。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前氣象預(yù)報(bào)已經(jīng)朝著多角度多層次的趨勢(shì)發(fā)展，高空觀(guān)測(cè)正逐漸引入更發(fā)達(dá)的通感技術(shù)，有關(guān)地面觀(guān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)也獲得了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，逐漸達(dá)成了高廣度覆益和自動(dòng)一體化?？偟膩?lái)說(shuō)，不確定信息獲取的手段變得更加多樣，政府部門(mén)和廣大民眾對(duì)氣象預(yù)報(bào)的不確定性有了一定的認(rèn)知，同時(shí)氣象部門(mén)對(duì)新的預(yù)報(bào)產(chǎn)品形式的研究和理解也在不斷深入。在面對(duì)這種氣象預(yù)報(bào)固有的不確定性時(shí)，我們有理由堅(jiān)信人們會(huì)變得愈發(fā)的從容。放眼未來(lái)，隨著氣象科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，多學(xué)科、多國(guó)家的交叉融合，氣象預(yù)報(bào)將會(huì)得到更大的發(fā)展和改善。

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收稿日期：2018-6-23