黃增強

在日常生活中，人們準(zhǔn)備出門或出差旅行前，都要看看天氣預(yù)報。但是，細(xì)心的人會發(fā)現(xiàn)，24小時之內(nèi)的天氣預(yù)報結(jié)果比較準(zhǔn)，而時間越往后，預(yù)報結(jié)果越容易出現(xiàn)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(zhǔn)確預(yù)測。

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

長期天氣預(yù)報準(zhǔn)確率不高的主要原因是混沌現(xiàn)象，它是天氣系統(tǒng)中的普遍現(xiàn)象，表現(xiàn)為確定性系統(tǒng)中的一種內(nèi)在隨機性。它的外在表現(xiàn)與純粹的隨機運動很相似，即不可預(yù)測。混沌系統(tǒng)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(tǒng)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(yù)報時限的“魔咒”，把天氣預(yù)報時限拉長至一兩個月呢？

首先，要填補天氣預(yù)報和氣候預(yù)測之間的“縫隙”。以前對氣象預(yù)報的研究分為天氣預(yù)報和氣候預(yù)測，能夠進行天氣預(yù)報的時限一般是1天至10天，氣候預(yù)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(yù)報相對來說涉及不多。

什么是天氣預(yù)報和氣候預(yù)測？兩者有什么不同呢？天氣預(yù)報就是應(yīng)用大氣變化的規(guī)律，根據(jù)當(dāng)前及近期的天氣形勢，對未來一定時期內(nèi)的天氣狀況進行預(yù)測。天氣預(yù)報按時效的長短通常分為三種：短期天氣預(yù)報（1天至3天）、中期天氣預(yù)報（4天至9天）、長期天氣預(yù)報（10天以上）。氣候預(yù)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(yù)測，包括氣溫、降水等氣象要素相較于平均狀態(tài)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(xiàn)在：天氣預(yù)報是具體天氣狀況的預(yù)報，氣候預(yù)測則是某時段內(nèi)氣候要素和天氣狀況平均統(tǒng)計量的預(yù)測;天氣預(yù)報一般僅限于對大氣圈和水圈物理過程的分析，氣候預(yù)測必須考慮包括大氣、海洋、大陸、冰雪、生物圈等在內(nèi)的氣候系統(tǒng)內(nèi)能量和物質(zhì)交換及天文因子的影響。此外，時間較長的氣候預(yù)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(xué)領(lǐng)域，延伸期天氣預(yù)報是懸而未決的難題。從時間尺度上看，延伸期領(lǐng)域的天氣預(yù)報可看作是常規(guī)天氣預(yù)報和氣候預(yù)測之間的“縫隙”。在氣候模式中，必須準(zhǔn)確刻畫出天氣和氣候系統(tǒng)多尺度相互作用的過程，加強季節(jié)內(nèi)振蕩及其尺度相互作用的機理研究，提出新的延伸期預(yù)報理論和方法，提高延伸期預(yù)報的準(zhǔn)確率。

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

2020年12月10日，我國國家自然科學(xué)基金氣候系統(tǒng)預(yù)測基礎(chǔ)科學(xué)中心在南京信息工程大學(xué)揭牌。成立氣候系統(tǒng)預(yù)測基礎(chǔ)科學(xué)中心的目的，在于集中聚焦氣候預(yù)測研究的三大科學(xué)難題：厄爾尼諾和南方濤動（ENSO）與海溫的預(yù)測、延伸期天氣預(yù)報、年際—年代際氣候預(yù)測。該中心將從季風(fēng)系統(tǒng)動力學(xué)理論、精細(xì)化陸面過程模式、熱帶海氣相互作用、季節(jié)內(nèi)振蕩、年際—年代際氣候預(yù)測理論等方面展開科學(xué)攻堅，力爭實現(xiàn)若干關(guān)鍵突破，提高氣候預(yù)測科學(xué)水平和準(zhǔn)確率。

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

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