位于吉林省吉林市桃源山的氣象雷達(dá)。 （圖片來源：視覺中國）
　　

中國氣象局綜合業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)“天鏡”。 （國家氣候中心供圖）
　　

位于福建省廈門市的海滄天語舟氣象臺(tái)。 （圖片來源：視覺中國）
　　氣候變化是全人類面臨的共同挑戰(zhàn)，隨著全球變暖，極端天氣氣候事件增加，加強(qiáng)氣象預(yù)報(bào)預(yù)測并及早未雨綢繆，是應(yīng)對氣候變化的重要舉措。
　　5月起，我國正式進(jìn)入汛期。近日，國家氣候中心向公眾發(fā)布了2022年汛期氣候預(yù)測，這是國家氣候中心第二年向公眾公開發(fā)布?xì)夂蝾A(yù)測信息。我國是世界上最早開展氣候預(yù)測業(yè)務(wù)的國家之一，如果說天氣變化影響近幾天的安排，那么氣候預(yù)測則可以為更長時(shí)間的活動(dòng)規(guī)劃提供依據(jù)。多年來，我國氣候預(yù)測團(tuán)隊(duì)致力于推動(dòng)預(yù)測技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，為制定國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃和部署防汛抗旱、防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)等決策提供科學(xué)支撐。今年“五一”，國家氣候中心氣候預(yù)測室榮獲了2022年全國工人先鋒號(hào)（集體）。
　　新技術(shù)部分性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平
　　預(yù)測準(zhǔn)確率穩(wěn)步提升、接近上限
　　最近，北京市大興區(qū)龐各莊鎮(zhèn)的頭茬西瓜上市了。瓜農(nóng)王超的瓜棚里，西瓜長勢正旺。前幾天，王超看了國家氣候預(yù)測中心的預(yù)報(bào)，今年汛期雨水較往年偏多。連續(xù)降雨對西瓜各個(gè)生長時(shí)期都會(huì)造成很大影響。王超準(zhǔn)備在排水和降濕上做點(diǎn)準(zhǔn)備?！拔覀兎N地的最關(guān)心氣候，現(xiàn)在能及時(shí)知道氣候訊息，早做準(zhǔn)備，比以前方便多了?！蓖醭吲d地表示。
　　讓瓜農(nóng)獲益的氣候預(yù)測過去稱為長期天氣預(yù)報(bào)。在氣候預(yù)報(bào)人員眼中，天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測有一個(gè)共同點(diǎn)——揣摩“老天爺”的脾氣。不過，想要把“老天爺”的脾氣摸準(zhǔn)，氣候預(yù)測關(guān)注的時(shí)空范圍和面臨的難度更大一些。
　　“天氣變化主要取決于大氣自身運(yùn)動(dòng)，重點(diǎn)關(guān)注大氣環(huán)流的演變和影響?！眹覛夂蛑行臍夂蝾A(yù)測室副主任、正高級(jí)工程師劉蕓蕓表示，氣候預(yù)測不僅要關(guān)注大氣環(huán)流的變化，還要關(guān)注海洋等特征的演變和影響。這是因?yàn)闅夂蝾A(yù)測的對象都是10天以上的長時(shí)間尺度，而大氣中的異常信號(hào)往往只能維護(hù)一周左右的時(shí)間。而我國處于東亞季風(fēng)區(qū)，季節(jié)和年際變率大，影響我國氣候的系統(tǒng)復(fù)雜，氣候預(yù)測的難度更大。
　　準(zhǔn)確率是氣候預(yù)測服務(wù)效率的重要指標(biāo)。面對防災(zāi)減災(zāi)需求，預(yù)報(bào)信息越準(zhǔn)、越早，越有利于減少災(zāi)害損失。因此，多年來，氣候預(yù)測室一直在想方設(shè)法提高準(zhǔn)確率。
　　氣候預(yù)測的主要工具之一是動(dòng)力氣候模式——通過量化大氣運(yùn)動(dòng)規(guī)律而建立一組物理機(jī)制模型。國家氣候中心副主任、正高級(jí)工程師肖潺表示，發(fā)展更為精細(xì)的氣候預(yù)測模式，更好地描述物理氣候系統(tǒng)，就有望做到更加精確預(yù)測。
　　據(jù)劉蕓蕓介紹，我國的氣候預(yù)測模式經(jīng)歷了第一代、第二代、第三代的發(fā)展過程。2021年，由國家氣候中心自主研發(fā)的第三代氣候模式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)業(yè)務(wù)化運(yùn)行，部分性能達(dá)到國際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了我國氣候預(yù)測自主核心技術(shù)的一大發(fā)展。
　　“擁有自主研發(fā)的動(dòng)力氣候模式系統(tǒng)，對我們的氣候預(yù)測業(yè)務(wù)來講是一個(gè)堅(jiān)如磐石的支撐。一方面可以提高實(shí)時(shí)預(yù)測服務(wù)能力，另一方面使得我們的預(yù)測業(yè)務(wù)更加安全穩(wěn)定?！眲⑹|蕓表示，相對于第二代模式系統(tǒng)，第三代模式的水平分辨率和垂直分辨率都有明顯提高。
　　圍繞提高準(zhǔn)確率的目標(biāo)，近年來，氣候預(yù)測室基于氣候模式，還建立了一些新的預(yù)測系統(tǒng)，并通過誤差訂正技術(shù)縮小了模式的預(yù)測誤差，也減少了氣候預(yù)測的不確定性，推動(dòng)氣候預(yù)測準(zhǔn)確率穩(wěn)步提高。
　　目前，我國氣候預(yù)測的準(zhǔn)確率已達(dá)到70%左右。而對于氣候預(yù)測來說，準(zhǔn)確率是有“天花板”的，從科學(xué)認(rèn)知和可預(yù)報(bào)性的角度，一般認(rèn)為，我國氣候預(yù)測準(zhǔn)確率的上限是75%至85%。
　　多學(xué)科技術(shù)成果運(yùn)用兩三天完成的預(yù)測工作縮短至2到4小時(shí)
　　現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測，均要以全國乃至全球觀測資料作為數(shù)值模式的初值，通過計(jì)算機(jī)代入初值對數(shù)學(xué)物理方程進(jìn)行求解，進(jìn)而計(jì)算出未來的大氣狀況。這個(gè)過程要用的數(shù)據(jù)量大得驚人，有的要用高速計(jì)算機(jī)“轉(zhuǎn)”好幾個(gè)月。
　　中國氣象局國家氣候中心首席預(yù)報(bào)員、氣候預(yù)測室總工程師陳麗娟每天的主要工作內(nèi)容就是利用計(jì)算機(jī)獲得大量觀測數(shù)據(jù)和模式預(yù)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過診斷分析以及各種預(yù)測方法，最終獲得最優(yōu)的預(yù)測結(jié)果。1995年，陳麗娟研究生畢業(yè)后來到國家氣候中心工作，當(dāng)時(shí)的氣候延伸期（11-30天）預(yù)報(bào)依靠的還是第一代動(dòng)力氣候模式系統(tǒng)。
　　“過去，延伸期預(yù)報(bào)依賴的大氣環(huán)流模式也是在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，但只有值班室有幾臺(tái)終端顯示器，多數(shù)人都沒有電腦?！标慃惥昊貞浧饛那?，那時(shí)，她經(jīng)常做的工作是利用計(jì)算機(jī)終端提交模式作業(yè)、利用編程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。但由于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間有限，所以陳麗娟必須經(jīng)常將歷史數(shù)據(jù)用磁帶備份。
　　“那時(shí)的數(shù)據(jù)磁帶塊頭大，可以用沉重來形容，但存儲(chǔ)量很小，和現(xiàn)在存儲(chǔ)介質(zhì)相比差遠(yuǎn)了，備份數(shù)據(jù)這種活兒更像是個(gè)體力活?！标慃惥暾f，“當(dāng)時(shí)國內(nèi)能夠使用的動(dòng)力氣候模式也很少，由于國際交流限制，也沒有國際互聯(lián)網(wǎng)，所以看不到國外模式的預(yù)測信息。受模式性能、監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史短以及大氣科學(xué)認(rèn)知水平等的限制，當(dāng)時(shí)對外發(fā)布的氣候預(yù)測準(zhǔn)確率總體不高。”
　　記者了解到，從客觀條件上來說，氣候預(yù)測的準(zhǔn)確率和其他學(xué)科的科技進(jìn)步密不可分，尤其是近年來我國超級(jí)計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)學(xué)科的快速發(fā)展，讓我國氣候預(yù)測準(zhǔn)確率呈現(xiàn)螺旋式上升的趨勢。
　　劉蕓蕓表示，大氣科學(xué)是最早涉及大數(shù)據(jù)的學(xué)科之一，近年來人工智能技術(shù)也在很多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。對氣候預(yù)測來講，一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)有助于提高氣候模式中的物理參數(shù)化過程；另一方面，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)可以提高模式對降水、氣溫等變量的預(yù)測技巧。
　　先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù)，讓陳麗娟和同事們?nèi)缃竦墓ぷ鞅憬萘撕芏唷?br/>　　“中國氣象局擁有國產(chǎn)的高性能計(jì)算機(jī)，每個(gè)預(yù)報(bào)員都有性能優(yōu)越的臺(tái)式機(jī)，可以通過網(wǎng)絡(luò)方便訪問國家氣象信息中心管理的高性能計(jì)算機(jī)。互聯(lián)網(wǎng)和國際合作的快速發(fā)展，可以方便獲取國際上主流業(yè)務(wù)中心的動(dòng)力氣候模式預(yù)測信息?！?br/>　　陳麗娟介紹說：“無論過去還是現(xiàn)在，雖然表面上預(yù)報(bào)員都是在利用計(jì)算機(jī)完成預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)，但是計(jì)算機(jī)的性能，處理的數(shù)據(jù)量，面對的各種模式性能已經(jīng)發(fā)生了很大變化。我們對氣候異常機(jī)理的認(rèn)知也極大豐富了。不僅關(guān)注我國的氣候異常，還關(guān)注亞洲以及全球發(fā)生的氣候異常特征、成因和展望。”
　　伴隨預(yù)測準(zhǔn)確而來的還有高效。
　　據(jù)劉蕓蕓介紹，目前，我國氣候預(yù)測依賴的方法由單一的模式轉(zhuǎn)向多模式以及動(dòng)力—統(tǒng)計(jì)—機(jī)器學(xué)習(xí)多元技術(shù)的融合。例如延伸期尺度的預(yù)測，預(yù)報(bào)員獲得模式運(yùn)行結(jié)果后，2至4小時(shí)就可完成數(shù)據(jù)處理、集成分析和預(yù)報(bào)圖繪制，當(dāng)天即可發(fā)布產(chǎn)品。而以前受制于計(jì)算條件，模式每10天才可以得到一次運(yùn)行結(jié)果，預(yù)測產(chǎn)品制作需要2至3天。
　　氣象觀測站增加到2000多個(gè)預(yù)報(bào)內(nèi)容更加精細(xì)、更加豐富
　　精細(xì)化也是體現(xiàn)氣候預(yù)測水平的一個(gè)重要指標(biāo)。
　　天氣、氣候是一個(gè)復(fù)雜的變量，就拿北京市來說，不同的城區(qū)和郊區(qū)的天氣和氣候特征經(jīng)常會(huì)存在差異，有時(shí)候強(qiáng)降水在西部，有時(shí)候可能在北部。預(yù)報(bào)結(jié)果如果能夠精細(xì)到很小、很具體的空間，對政府防災(zāi)減災(zāi)工作和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導(dǎo)將更有針對性。
　　想要準(zhǔn)確預(yù)測某一地方的氣候，首先需要知道這個(gè)地區(qū)的歷史氣候特征，因此數(shù)據(jù)采集很重要，早期需要依靠建設(shè)氣象站完成。近年來，我國的氣象觀測站迅速增加，這為氣候的精細(xì)化預(yù)報(bào)提供了條件。
　　“早期對我國的降水和氣溫預(yù)測主要基于160個(gè)氣象站，這是因?yàn)榻▏跗诘?0年代，我國的氣象觀測站布局有限。目前，光國家氣象信息中心經(jīng)過系統(tǒng)性質(zhì)量控制的觀測站就有2000多個(gè)。氣候預(yù)測由以前的全國160站預(yù)報(bào)擴(kuò)展至全國2000多站分縣預(yù)報(bào)?！眲⑹|蕓告訴記者，“粗略平均的話，全國160站，相當(dāng)于250平方公里范圍有一個(gè)站，大概是每四個(gè)城市有一個(gè)觀測站；而2000多個(gè)站，相當(dāng)于50平方公里范圍內(nèi)有一個(gè)觀測站。由于地理環(huán)境和人口密度不同，東部地區(qū)的站點(diǎn)比西部地區(qū)相對密集?！?br/>　　觀測站點(diǎn)多了，得到的數(shù)據(jù)也就更加詳實(shí)，更能真實(shí)反映局地氣候特征。
　　陳麗娟舉了一個(gè)例子：“以前氣候預(yù)測，北京市只有一個(gè)代表站，無法代表北京復(fù)雜的區(qū)域特征。而現(xiàn)在，北京市有16個(gè)觀測站數(shù)據(jù)在預(yù)測業(yè)務(wù)中應(yīng)用，我們可以分析這些觀測站歷史數(shù)據(jù)的特征和影響系統(tǒng)，還可以評(píng)估動(dòng)力氣候模式對不同站點(diǎn)的預(yù)測能力，進(jìn)行進(jìn)一步的誤差訂正，從而獲得精細(xì)化、高技巧的預(yù)測結(jié)果?！?br/>　　除了氣象站的增加，近些年，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用以及大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，也讓氣候系統(tǒng)觀測的精細(xì)化程度進(jìn)一步提高。
　　陳麗娟表示，氣候預(yù)測室的業(yè)務(wù)自國家氣候中心成立以來不斷從時(shí)間和空間尺度拓展，預(yù)報(bào)對象也在不斷豐富。時(shí)間上，可以提供延伸期、月、次季節(jié)、季節(jié)、年際的預(yù)測；空間上，既可以精細(xì)化到縣級(jí)站，也可以拓展到亞洲甚至全球區(qū)域；預(yù)報(bào)對象從最初只包含降水、氣溫兩項(xiàng)指標(biāo)，拓展到如今的全球海洋事件、關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)、重要?dú)夂蚴录?，以及農(nóng)林、能源、水利等需要的要素。
　　近幾年，氣候預(yù)測由單純的面向政府的決策服務(wù)轉(zhuǎn)為面向用戶的決策服務(wù)和公眾服務(wù)。產(chǎn)品開始面向公眾是我國氣候預(yù)測能力提升的表現(xiàn)?！霸谶@個(gè)轉(zhuǎn)變過程中，一方面感覺到預(yù)測壓力增大，尤其在全球變暖的背景下，極端事件頻發(fā)，很多研究成果和結(jié)論不能照搬照用。另一方面感受到我們預(yù)測工作的價(jià)值在增強(qiáng)?！标慃惥暾f，隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，綠色能源在我國能源保障中的比例逐漸提高，而綠色能源涉及的風(fēng)力發(fā)電等都和氣象條件密切相關(guān)。針對這種旺盛的能源生產(chǎn)服務(wù)需求，氣候預(yù)測室及時(shí)開發(fā)了風(fēng)能、光能氣候預(yù)測產(chǎn)品，為能源系統(tǒng)提供氣象保障服務(wù)。還在環(huán)境領(lǐng)域初步建成大氣污染氣候監(jiān)測預(yù)測業(yè)務(wù)系統(tǒng)，提供各月和季節(jié)大氣污染總體趨勢，為重大活動(dòng)氣象保障服務(wù)提供科技支撐。