時間跨度越長，天氣預報越不準的“魔咒”怎麼破?
發稿時間:2020-12-23 10:23:00編輯:李婧怡來源:科技日報
天氣、氣候與人們的生活息息相關。從過去每天晚上7點30分準時守在電視前收聽中央氣象臺第二天的天氣預報，到如今隨時在智慧手機上檢視未來15天的天氣情況，足以可見人們對天氣、氣候的關注。
但是，細心的人們會發現，24小時之內的天氣狀況預報結果比較準，時間越往後，預報結果越容易出現偏差，而一個月之後的天氣狀況幾乎無法準確預測。
12月10日，國家自然科學基金氣候系統預測基礎科學中心在南京資訊工程大學揭牌。作為首個落戶江蘇的基礎科學中心，該專案由南京資訊工程大學王會軍教授牽頭，聯合中山大學共同實施。
作為專案首席專家，王會軍表示，該中心將著重解決10-30天延伸期天氣預報、2年內的厄爾尼諾現象以及未來全球氣候變化等科學問題，將有望成為全球氣候預測的重要智庫之一。
填補天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”
“以前對於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1-10天，氣候預測的時限則是一兩個月至幾年，10-30天的延伸期領域的天氣預報相對來說涉及不多。” 南京資訊工程大學教授羅京佳告訴記者。
天氣預報與氣候預測從字面上看起來差不多，但是研究的方法卻不相同。
羅京佳說， 天氣預報一般要考慮氣溫、氣壓、溫度等因素,這些都是大氣層本身變化的結果，並且這種變化速度非常快;而氣候變化則慢很多，科學家進行預測的時候，需要考慮大氣、海洋、陸地等多圈層之間的物質能量交換。
延伸期天氣預報則處於兩者之間，既要觀雲識天氣，也要計算海洋對大氣和陸地各項指標的影響，如果只是簡單地利用傳統預報天氣的方法就容易出現偏差。
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。2013年，世界氣象組織把延伸期預報作為重點工作之一，並提出國際“次季節至季節預測計劃”，目前全球共有11個業務模式參與到這一計劃中，主要關注高影響天氣的次季節可預報性(即對暴雨、寒潮、乾旱等極端天氣幾周內的變化進行預報)，我國開發的模式也在其中。
從時間尺度上看，延伸期領域的天氣預報可看做是常規天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”。“填補這個‘縫隙’非常難，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。”南京資訊工程大學教授徐邦琪說，課題組將加強季節內振盪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，“將有望提高延伸期預報的準確率，居民出行可以避免異常天氣，防災部門也能提前做好相關預防措施。”
向世界級氣候預測難題發起挑戰
“今年夏季，長江中下游流域遭遇強降雨，區域性地區發生超歷史警戒水位的大洪水，這就是厄爾尼諾現象在作怪。”羅京佳告訴記者。
厄爾尼諾現象是指在太平洋中部和東部的熱帶海洋地區，海水溫度異常持續變暖，進而影響整個世界氣候。而東亞地區緊靠太平洋，氣候變化與厄爾尼諾現象息息相關。
據羅京佳介紹，課題組已經研發出一套高精度氣候預測系統，不僅可以耦合大氣、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的預測，而且還可以結合人工智慧演算法，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可以提高到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。
在今年3月，他們就依據這套系統向有關部門提交了今夏長江流域強降雨的預測。“今後我們還將繼續最佳化這套系統，比如對降雨強度、分佈地區的預測將更加準確。”羅京佳說。
除此之外，東亞地區常年受季風影響。“季風地區海陸系統複雜，西面是青藏高原，東面是太平洋副高壓帶，北面有冷西伯利亞高壓，南面海溫較高。”中山大學教授楊崧介紹說，世界上同時受冬季季風和夏季季風影響的只有東亞地區，想要準確預測這個地區的氣候變化非常困難。
但是，我國減災防災、生態文明建設和應對氣候變化等工作，都需要氣象科學研究提供穩定的支撐。
王會軍告訴記者，氣候預測是一個具有強烈社會需求的世界級科學難題，迄今為止還沒有建立起完整的氣候預測理論，世界上還沒有任何一個國家擁有成熟的氣候預測業務系統。“成立氣候系統預測基礎科學中心的目的，便在於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，我們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、季節內振盪、年際-年代際氣候預測理論方面展開科學攻堅，力爭實現若干關鍵突破，提高氣候預測科學水平和準確率。”(張曄)
天氣、氣候與人們的生活息息相關。從過去每天晚上7點30分準時守在電視前收聽中央氣象臺第二天的天氣預報，到如今隨時在智慧手機上檢視未來15天的天氣情況，足以可見人們對天氣、氣候的關注。
但是，細心的人們會發現，24小時之內的天氣狀況預報結果比較準，時間越往後，預報結果越容易出現偏差，而一個月之後的天氣狀況幾乎無法準確預測。
12月10日，國家自然科學基金氣候系統預測基礎科學中心在南京資訊工程大學揭牌。作為首個落戶江蘇的基礎科學中心，該專案由南京資訊工程大學王會軍教授牽頭，聯合中山大學共同實施。
作為專案首席專家，王會軍表示，該中心將著重解決10-30天延伸期天氣預報、2年內的厄爾尼諾現象以及未來全球氣候變化等科學問題，將有望成為全球氣候預測的重要智庫之一。
填補天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”
“以前對於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1-10天，氣候預測的時限則是一兩個月至幾年，10-30天的延伸期領域的天氣預報相對來說涉及不多。” 南京資訊工程大學教授羅京佳告訴記者。
天氣預報與氣候預測從字面上看起來差不多，但是研究的方法卻不相同。
羅京佳說， 天氣預報一般要考慮氣溫、氣壓、溫度等因素,這些都是大氣層本身變化的結果，並且這種變化速度非常快;而氣候變化則慢很多，科學家進行預測的時候，需要考慮大氣、海洋、陸地等多圈層之間的物質能量交換。
延伸期天氣預報則處於兩者之間，既要觀雲識天氣，也要計算海洋對大氣和陸地各項指標的影響，如果只是簡單地利用傳統預報天氣的方法就容易出現偏差。
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。2013年，世界氣象組織把延伸期預報作為重點工作之一，並提出國際“次季節至季節預測計劃”，目前全球共有11個業務模式參與到這一計劃中，主要關注高影響天氣的次季節可預報性(即對暴雨、寒潮、乾旱等極端天氣幾周內的變化進行預報)，我國開發的模式也在其中。
從時間尺度上看，延伸期領域的天氣預報可看做是常規天氣預報和氣候預測之間的“縫隙”。“填補這個‘縫隙’非常難，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。”南京資訊工程大學教授徐邦琪說，課題組將加強季節內振盪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，“將有望提高延伸期預報的準確率，居民出行可以避免異常天氣，防災部門也能提前做好相關預防措施。”
向世界級氣候預測難題發起挑戰
“今年夏季，長江中下游流域遭遇強降雨，區域性地區發生超歷史警戒水位的大洪水，這就是厄爾尼諾現象在作怪。”羅京佳告訴記者。
厄爾尼諾現象是指在太平洋中部和東部的熱帶海洋地區，海水溫度異常持續變暖，進而影響整個世界氣候。而東亞地區緊靠太平洋，氣候變化與厄爾尼諾現象息息相關。
據羅京佳介紹，課題組已經研發出一套高精度氣候預測系統，不僅可以耦合大氣、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的預測，而且還可以結合人工智慧演算法，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可以提高到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。
在今年3月，他們就依據這套系統向有關部門提交了今夏長江流域強降雨的預測。“今後我們還將繼續最佳化這套系統，比如對降雨強度、分佈地區的預測將更加準確。”羅京佳說。
除此之外，東亞地區常年受季風影響。“季風地區海陸系統複雜，西面是青藏高原，東面是太平洋副高壓帶，北面有冷西伯利亞高壓，南面海溫較高。”中山大學教授楊崧介紹說，世界上同時受冬季季風和夏季季風影響的只有東亞地區，想要準確預測這個地區的氣候變化非常困難。
但是，我國減災防災、生態文明建設和應對氣候變化等工作，都需要氣象科學研究提供穩定的支撐。
王會軍告訴記者，氣候預測是一個具有強烈社會需求的世界級科學難題，迄今為止還沒有建立起完整的氣候預測理論，世界上還沒有任何一個國家擁有成熟的氣候預測業務系統。“成立氣候系統預測基礎科學中心的目的，便在於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，我們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、季節內振盪、年際-年代際氣候預測理論方面展開科學攻堅，力爭實現若干關鍵突破，提高氣候預測科學水平和準確率。”(張曄)