破解制约天气预报时限“魔咒”

黄增强

在日常生活中，人们准备出门或出差旅行前，都要看看天气预报。但是，细心的人会发现，24小时之内的天气预报结果比较准，而时间越往后，预报结果越容易出现偏差，特别是一两个月之后的天气状况和气候情况几乎无法准确预测。

为什么时间跨度越长，天气预报越不准呢？如果注意天气预报时效的话，我们会发现通常听到的是12小时预报和24小时预报。除此之外，还会听到48小时预报和72小时预报，很少听到更长时效的天气预报。其实，气象台也制作中期和长期天气预报，对公众而言，短期天气预报已够用了，但更主要的原因是中期和长期天气预报的准确率比短期天气预报的准确率差很多。

长期天气预报准确率不高的主要原因是混沌现象，它是天气系统中的普遍现象，表现为确定性系统中的一种内在随机性。它的外在表現与纯粹的随机运动很相似，即不可预测。混沌系统对很小的初值变动或扰动具有很强的敏感性，无论多小的扰动，长时间以后都会使系统彻底偏离原来的演化方向。

那么，有什么办法破解制约天气预报时限的“魔咒”，把天气预报时限拉长至一两个月呢？

首先，要填补天气预报和气候预测之间的“缝隙”。以前对气象预报的研究分为天气预报和气候预测，能够进行天气预报的时限一般是1天至10天，气候预测的时限则是一两个月至几年，10天至30天的延伸期天气预报相对来说涉及不多。

什么是天气预报和气候预测？两者有什么不同呢？天气预报就是应用大气变化的规律，根据当前及近期的天气形势，对未来一定时期内的天气状况进行预测。天气预报按时效的长短通常分为三种：短期天气预报（1天至3天）、中期天气预报（4天至9天）、长期天气预报（10天以上）。气候预测主要是指对延伸期（11天至30天）、月、季度和年度气候趋势进行预测，包括气温、降水等气象要素相较于平均状态的偏离程度，以及重要天气过程和极端天气气候事件等。两者的不同主要表现在：天气预报是具体天气状况的预报，气候预测则是某时段内气候要素和天气状况平均统计量的预测;天气预报一般仅限于对大气圈和水圈物理过程的分析，气候预测必须考虑包括大气、海洋、大陆、冰雪、生物圈等在内的气候系统内能量和物质交换及天文因子的影响。此外，时间较长的气候预测，还要考虑人类活动对气候变化的影响。

目前，在全球大气科学领域，延伸期天气预报是悬而未决的难题。从时间尺度上看，延伸期领域的天气预报可看作是常规天气预报和气候预测之间的“缝隙”。在气候模式中，必须准确刻画出天气和气候系统多尺度相互作用的过程，加强季节内振荡及其尺度相互作用的机理研究，提出新的延伸期预报理论和方法，提高延伸期预报的准确率。

其次，向世界级气候预测难题发起挑战。制约拉长天气预报时限的“魔咒”是气候预测。气候预测是一个具有强烈社会需求的世界级科学难题，迄今为止，世界上还没有一个国家拥有成熟的气候预测系统和完整的气候预测理论。

2020年12月10日，我国国家自然科学基金气候系统预测基础科学中心在南京信息工程大学揭牌。成立气候系统预测基础科学中心的目的，在于集中聚焦气候预测研究的三大科学难题：厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）与海温的预测、延伸期天气预报、年际—年代际气候预测。该中心将从季风系统动力学理论、精细化陆面过程模式、热带海气相互作用、季节内振荡、年际—年代际气候预测理论等方面展开科学攻坚，力争实现若干关键突破，提高气候预测科学水平和准确率。

前不久，南京信息工程大学罗京佳教授率领的课题组，已经研发出一套高精度气候预测系统，不但可以耦合大气、海洋、陆面等不同模式，对未来2年内的气候情况进行有针对性预测，而且可以结合人工智能算法，提高预测的准确性，对厄尔尼诺现象提前18个月的预报准确率已经提高到80%以上。目前，国际上只有这套系统可以提供未来2年的厄尔尼诺实时预测结果。

今后一旦对大气季节内振荡（ISO）研究透彻，天气预报的时限将可拉长至一两个月。这样就可以实现“无缝隙”气候预测，为居民出行避免异常天气，为减灾防灾部门提前做好相关预防措施提供有效信息。