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预测气候究竟有多难?

抚远气象 2019-03-25 08:52:05

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预测气候究竟有多难?


一个月后天气如何?下半年我们这雨水大不大?今年冬天是冷冬还是暖冬?

  往往难以回答,尤其是精确的回答。半个月后某地是否会有一场雨,这基本属于不可预报的内容。不过对于冬天的冷暖、会不会发生极端雨雪冰冻灾害、整个夏天雨水是偏多还是偏少,我们是可以预测的。这属于短期气候预测的范畴。

  什么是气候预测

  短期气候预测主要是预报相当长一段时间,一年或几个月的气候变化,也就是年景如何。主要是解决几星期到一年左右的天气预报。

  一般而言,天气系统的生命史为3天~5天,通过卫星、雷达、天气图,一般均可看到未来1天~2天内可能影响我国的天气系统。同时,又有大型计算机能够利用数值预报模式预报这些气压系统的发展变化,所以总体而言,天气预报是有良好的科学及技术基础的。对于天气预报来说,在当前的科技水平下只能做到15天。而且15天之中也只有前5天~6天才能有足够的准确性,后几天的预报仅供参考而已。

地面天气图

  气候预测则不同。哪怕只是预测1个月的时间,天气图上的气旋、反气旋早已不知去向。数值天气预报虽然可以计算出未来1个月乃至3个月逐日的气压系统,但是由于误差的累积,到10天之外可用的信息就已经很有限了。因此,即使将来科学技术进一步发展,要想知道未来3个月内的逐日天气变化也几乎不可能。

  但是,从大的天气尺度上来说,我们虽然不能做未来3个月内逐日的有效天气预报,但却可能预测未来1个月或3个月的平均状况,如总降水量、平均温度等。例如,在做汛期降水预测时,一方面可以预测今年6月~8月总的旱涝趋势,如北方旱、还是南方旱,主要洪涝区在哪里等。另一方面也可以预测6月~7月长江流域的梅雨强不强、7月~8月华北的雨季明显不明显等大致情况。这样就构成了每年6月~8月汛期降水预测的基本框架。

2016年关于汛期的预测

  由于只做1个月或3个月的平均预测,我们称之为气候预测,从而与天气预报进行区别。为了进一步区别与受未来十年到几十年人类活动影响的气候的长期预测,我们将1个月到3个月的气候预测称为短期气候预测,简称气候预测。

  除了防灾减灾,重大工程往往也需要气候预测“保驾护航”。比如南水北调工程、青藏铁路、三峡水库建设等,都需要气候预测作参考。  

气候预测准确率如何?如何提高

  气候预测的不准包含认知错误、预测方法失误所造成的不准,这是在理论上可以改进提高的部分;再有就是气候系统的非线性带来的不确定性,这是理论上将始终存在的不准。

201701 - 201703 - 中国 - 降水概率 - 7个月(动力模式预报的降水概率)  

图表来源:国家气候中心网站

  现行的气候预测模式仍然以大气模式为主,虽然考虑了大气的热力学过程,但是对于海洋、冰雪、陆面植被等与大气的相互作用则考虑得不够。因为这需要应用海气耦合模式,或者更广泛的气候系统模式。尽管目前气候系统模式仍处于研制阶段,而且耗资巨大,但通过它做气候预测应该是一个不能回避的途径。换句话说,建立了气候系统模式不一定立即可以把预测准确率提高5%或10%,但如果不建立这样的模式,则几乎永远不可能使预测准确率稳步提高。

  当然,在气候预测中统计学方法也是不可少的。统计学方法可以考虑人们关心的各种可能影响到未来数月气候的因子,如海温、海冰、陆面冰雪覆盖等。尽管有时很难区分找到的信号是真实的还是一种偶然的巧合,但经过细心筛选,人们还是可以得到很大的收益。这也是不能放弃统计预测方法的原因。

  百分百报准气候是不可能的。一般认为,气候预测的准确率上限在75%到85%之间。现在世界各国的气候预测业务距离这个上限还有很大的差距。气候变暖是当前气候变化的主旋律,即使不做分析,年年、月月预测气温偏暖也能达到较高的准确率。因此这时检验预测的能力,重点要看对冷事件和降水趋势的预测水平。

 气候预测的准确率还体现在对重大气候现象的判断上。2015年10月,厄尔尼诺海温距平指数累计达18.4℃。全球气象专家均认为,这是自1997/1998年以来最强的厄尔尼诺事件。这次厄尔尼诺事件的预测还是相对准确的。 

今年气候预测难度非常大

  今年是超强厄尔尼诺事件发生后的次年,气候系统出现了很多与1998年相似的情况,不过也有一些信号与1998年不完全一样,值得预报员警惕。

  中国气象局局长郑国光在6月27日日中国气象局召开的全国汛期气象服务再动员电视电话会议上指出,今年以来,全球和我国天气气候异常复杂,突发性、极端性、致灾性明显,预测预报难度大。

  如今的短期气候预测业务工作由一个团队负责。团队中由首席预报员负责统筹把关,不同岗位的值班预报员分别针对延伸期、月尺度、季节尺度降水、气温等要素,以及全国七大江河流域的降水情况进行预报。

  此外,其他科研院所同行也向预报员提供了各方面的支持,促进了科研成果向业务能力的转化。国家各部门、各单位对气候预测和气候服务的需求不断增加和细化,促使我们不断地进行滚动订正预报,为用户提供更加细致、精确的预报服务。

  “气候预测不准!”“气候预测没准!”每一个气候工作者都不免遇到这样的质疑。预报员都希望自己的预报是准确的,预报发出后,预报员就在期待中煎熬。例如,一个暴雨强降水预报发出后,预报员一直要等到大雨落地才能安心入睡,气候预测结果的等待将是一个月到数个月。那种预报错误后的沮丧、自责、挫折感,以及预报成功后的喜悦难以言表。

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