專家:中央氣象臺首席預(yù)報員 張濤

采訪人:中國氣象報記者 張格苗

8月12日北京一場暴雨,誕生了無數(shù)個關(guān)于預(yù)報準(zhǔn)確率的網(wǎng)絡(luò)段子,一時熱度非凡,。那天白天,公眾都在等雨,但北京多地的雨下得稀稀拉拉;到了晚上,大雨傾盆而下,人們早已守在家里,準(zhǔn)備休息。

雨確實下了,公眾卻不買賬,為什么會存在這樣的矛盾?那么,公眾需要的是什么樣的天氣預(yù)報?從科學(xué)角度看,天氣預(yù)報又能做到什么程度?哪些天氣是不可預(yù)測的?

需求無限 但天氣可預(yù)報性有限

提到天氣預(yù)報,大多數(shù)人最想知道的是:我這里幾點下?幾點停?下多大?但這個問題,預(yù)報員卻常常很難回答,主要原因就在于天氣的可預(yù)報性與天氣類型,、時空尺度和預(yù)報時效息息相關(guān),。

比如,溫度、雨,、風(fēng),、濕度等不同類型的天氣或天氣要素可預(yù)報性不同,預(yù)報準(zhǔn)確率也不一樣。即便是同一天氣類型,比如雨,雷陣雨和連陰雨的可預(yù)報性也天差地別,。一般來說,雷陣雨等局地突發(fā)性天氣的可預(yù)報性較低,。

此外,不同時空尺度也導(dǎo)致可預(yù)報性不同。北方地區(qū)某天有一次暴雨過程,與你家門前某天中午12點會下雷陣雨是完全不同的尺度,前者涉及范圍廣為大尺度,后者涉及范圍極小為小尺度,。而在預(yù)報時效方面,提前三天預(yù)報和提前15分鐘預(yù)報的可預(yù)報性也完全不同,。

對天氣預(yù)報來說,“時空一致性”是萬變不離其宗的規(guī)律——預(yù)報時間尺度越大,可預(yù)報的空間尺度就越大;預(yù)報時間尺度越小,可預(yù)報的空間尺度就越小。通俗地說,要提前越長時間來預(yù)報天氣,就只能預(yù)報更大范圍更模糊的天氣,就像小學(xué)生不需要專業(yè)知識,也能提前一年預(yù)測第二年8月份北京會有一場雷陣雨一樣,。但若想知道某天下午5點家門口是否下雨,預(yù)報提前量就會相應(yīng)減少,。

這些不同的天氣類型、時空尺度和預(yù)報提前量錯綜復(fù)雜地組合在一起,形成了千變?nèi)f化的可預(yù)報性。為了追求更精準(zhǔn)的預(yù)報,氣象工作者使出了渾身解數(shù),但遺憾的是,目前的科學(xué)水平仍不能完全滿足公眾的需求,。

再回到北京暴雨,。這場暴雨屬于暖區(qū)對流暴雨,正是降雨中預(yù)報難度較大的一種。所以前一天,預(yù)報員告訴公眾,第二天北京有一場“很厲害”的暴雨,城區(qū)的累計降雨量會達(dá)到100毫米,雖與公眾的期待有一定距離,但已是十分準(zhǔn)確的預(yù)報,。

感官靈活 但天氣業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)很“死板”

另一個常令公眾對天氣預(yù)報產(chǎn)生質(zhì)疑的問題是:這天氣怎么和說好的不一樣呢?

比如,暴雨至少看上去應(yīng)該疾風(fēng)驟雨,、瓢潑而下。但有時候說有暴雨,結(jié)果時不時淅淅瀝瀝下一會兒,也說報準(zhǔn)了,。再比如,炎炎夏日,明明熱得受不了了,感覺氣溫飆到40℃之上了,天氣預(yù)報卻說只有35℃,。

關(guān)于暴雨,根據(jù)《暴雨災(zāi)害等級》等國家標(biāo)準(zhǔn),24小時連續(xù)降雨量達(dá)50~99.9毫米,或者12小時內(nèi)降雨量達(dá)到30~69.9毫米的降水被稱為暴雨。至于雨是以什么姿態(tài)來到大地,國家標(biāo)準(zhǔn)并未規(guī)定,。所以,淅淅瀝瀝下半天或一天,只要降雨量達(dá)標(biāo),就是暴雨,。

而溫度的差別就更明顯了。氣象業(yè)務(wù)中用到的氣溫數(shù)據(jù),由安裝在百葉箱中探測氣溫的儀器測得,。百葉箱要求通風(fēng)好,要避開太陽的直接照射,還要避免受地面反射的光和熱的影響,因此通常距離地面有一定高度,安裝在草坪上,。

它測得35℃的高溫,但公眾很詫異,這是因為人們的體感溫度不同。體感溫度的根本影響因子是體表與外界熱量的交換及其速度,受日照,、風(fēng),、濕度及人群是否聚集等多方面影響,人與人之間差異很大?？鋸堃稽c說,同樣的溫度下,在樹蔭下乘涼,、在戶外工地干活和在空調(diào)房里吃西瓜的人感受完全不同。

而這,便是天氣業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)不能跟著公眾感覺走的根本原因,。氣象數(shù)據(jù)既需要長時間序列的積累來進(jìn)行歷史縱向比較研究,又需要進(jìn)行全球區(qū)域的橫向比較研究,。為此,無論是觀測還是預(yù)報,規(guī)定氣溫都依照同一個標(biāo)準(zhǔn)即百葉箱測溫來度量。有了這樣的基準(zhǔn),才有可能進(jìn)行各種復(fù)雜條件下不同體感溫度的推算,更好地應(yīng)用于氣象預(yù)報服務(wù),。

當(dāng)然,氣象服務(wù)并非一點兒不近人情,。在“硬梆梆”標(biāo)準(zhǔn)之上做出預(yù)報,再結(jié)合公眾的需求,也誕生了許多個性化的服務(wù)產(chǎn)品。

科技如此發(fā)達(dá) 天氣預(yù)報為何還會出錯

許多人都聽說過,現(xiàn)在的天氣預(yù)報是靠超級計算機(jī)算出來的,所以總會疑惑:在科技如此發(fā)達(dá)的今天,天氣預(yù)報竟然還會出錯?

超級計算機(jī)算出來不假,但模擬和計算背后,還涉及十分復(fù)雜的科學(xué)問題,。

天氣變化是太陽輻射和大氣圈,、冰凍圈、生物圈,、巖石圈,、水圈等5大圈層共同作用的微觀結(jié)果。從微觀層面來說,太陽輻射和5大圈層的所有要素?zé)o時無刻不在發(fā)生變化,。人類對它們和它們的變化認(rèn)知還十分有限,。在這樣的情況下,還要對其進(jìn)行模擬,局限性可想而知。

算的過程也不簡單,。用超級計算機(jī)模擬未來天氣本質(zhì)上就是在解一套方程,。這套方程組包含了牛頓運動定理,、質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律等,是科學(xué)家長期以來研究大氣運動的智慧結(jié)晶,。觀測資料作為初始條件輸入方程組,超級計算機(jī)開始運算并給出方程解,也就是未來天氣的相關(guān)數(shù)值,。

這其中不可避免地存在局限性和誤差。比如,任何觀測手段都有局限性且存在誤差;對大自然知之不多卻要用計算機(jī)去模擬它的狀態(tài)必然存在誤差;再強(qiáng)的超級計算機(jī)計算能力也是有限的,計算時舍棄的小數(shù)點后8位之后的數(shù)值也許就會令最終的模擬結(jié)果產(chǎn)生很大不同,正所謂“失之毫厘,謬以千里”,。

另外,從預(yù)報方法上來說,對某一種天氣是否出現(xiàn)的判斷是基于分析模擬出的未來大氣狀況是否具備發(fā)生這種天氣的物理條件,。當(dāng)一種天氣發(fā)生時,一定是具備了某種物理條件的,因此我們可以事后解釋和總結(jié)并幫助未來預(yù)報。但是,這些條件通常僅是天氣發(fā)生的必要條件而不是充分條件,也就是說即便出現(xiàn)了這樣的條件,卻不一定會發(fā)生同樣的天氣,。更何況,當(dāng)前人類認(rèn)知的局限可能使得這些條件的考慮并不完備,。這就決定了事先的預(yù)報總是非常困難。

即便我們排除科學(xué)技術(shù)的局限性,僅從天氣預(yù)報的表述和傳播來說,預(yù)報準(zhǔn)確與否其實只是一個相對的概念,。大尺度上的準(zhǔn)確預(yù)報在時空分辨率提高的情況下可能就變得不準(zhǔn)確了,。比如說“北京明天下雨”這個預(yù)報就是大尺度的,只要未來24小時北京境內(nèi)的任意地方下了雨,這個預(yù)報就是準(zhǔn)確的,但假如將時空分辨率提高,北京天安門沒有下雨,這個預(yù)報就變成了不準(zhǔn)確。

總之,盡管這些種種不足的方面一直在進(jìn)步,但卻堪稱永無止境,因此從絕對意義來說天氣預(yù)報永遠(yuǎn)不會完全準(zhǔn)確,。我們常說人類要敬畏自然,那么接受預(yù)報不準(zhǔn)確就是氣象人對自然的敬畏,當(dāng)然這也促使氣象人在提高預(yù)報準(zhǔn)確率的漫長道路上上下求索,。

回顧歷史,科學(xué)地進(jìn)行天氣預(yù)報不過短短一百多年,科學(xué)且大致可靠的天氣預(yù)報只不過幾十年,大氣科學(xué)還仍然是一門新興的科學(xué)。大氣科學(xué)又是典型的交叉學(xué)科,天氣預(yù)報的每一次躍進(jìn)都建立在其他學(xué)科躍進(jìn)的基礎(chǔ)之上,。比如,無線電的發(fā)明推動了高空大氣探測;氣象雷達(dá)根本上來自于二戰(zhàn)時期軍用雷達(dá)的發(fā)展;航天科技的衛(wèi)星將大氣探測能力空前推進(jìn);20世紀(jì)初誕生的數(shù)值預(yù)報構(gòu)想在半個多世紀(jì)后計算機(jī)的發(fā)展背景下才得以實現(xiàn)。從這個意義上來說,天氣預(yù)報準(zhǔn)確率的提高根本上取決于全人類科技的進(jìn)展,。

自然何其神秘,才讓人探之無窮盡,。像醫(yī)生許愿治好每一位患者,卻因?qū)ι鼕W秘的認(rèn)識有限,對某些病癥缺乏有效治療手段一樣,預(yù)報員期望報準(zhǔn)每一次天氣,卻無法避免錯報,也不能無條件地做到定時定點預(yù)報。

當(dāng)然,這些年醫(yī)療水平進(jìn)步很快,天氣觀測手段和預(yù)報技術(shù)也取得了長足發(fā)展,?？墒?世界上并沒有什么“長生不老藥”,對天氣預(yù)報的無限需求和有限能力之間的矛盾也將永遠(yuǎn)存在。

信息來源: 中國氣象報