专家称天气预报似玩拼图：8000万块 神也无法拼出

　　新闻背景

　　俗话说，“六月天，孩儿脸，说变就变。”眼下正值农历六月，变化无常的天气无疑也给天气预报带来了更大的难度。上周，一场被预报的大雨和北京擦肩而过，也说明了天气预报的不确定性。

　　随着科学技术的不断进步，虽然天气预报的准确率不断提升，但也不可能达到100%。有人说：“天气预报就是八分把握加两分冒险。”那么，八分把握从何说起？两分冒险又源于什么？

　　大气运动 一幅难以还原的拼图

　　一只在南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国得克萨斯州的一场龙卷风。这是大家所熟知的“蝴蝶效应”，是关于混沌学的一个比喻，最初由美国气象学家爱德华·罗伦兹提出。

　　“天气气候预测不确定性的最基本原因是系统的混沌行为。混沌意味着，差异极小的两个初始场可以发展成大相径庭的状态。天气预测中初始状态来自观测，总是会有某些误差，哪怕是很小的误差。”中国科学院大气物理研究所研究员周家斌说。

　　“天气预报如同玩拼图，如果只有8个板块，儿童便可以拼出来，800块成人可以拼出来，但如果是8000万块，甚至更多，那‘神’也无法拼出来了。”北京市气象台首席预报员孙继松说，越是精细化的预报，难度就越大。

　　在随机性的多重影响下，预测结果往往不是也不应该是单一的值，而是一系列结果的集合或分布。理论上的某种“最佳”结果或者是概率最大结果，并不表示未来状态一定如此。应用任何一种预测结果，都是要担风险的。

　　“大气运动包含着各种尺度的运动，同时各种运动间相互作用。人们对大气的认识是不断加深的，也是永无止境的。”孙继松感慨道。

　　“天气变化涉及到复杂的物理、化学和生态过程，而目前人们对这些过程的了解还很不深入，又难以全用数学物理方法加以描述。目前人们使用的数学物理方程，还难以全面反映大气运动的规律。”中国科学院院士叶笃正说。

　　复杂地形 爱添乱的“捣蛋鬼”

　　大气运动难以捉摸，而地面上的各种复杂地形更给大气运动带来了影响。

　　青藏高原位于我国西部，并占我国陆地面积的四分之一，平均高度可达对流层中层，被称为“世界屋脊”。其独特而复杂的地形特征使其在全球大气环流、能量循环和水分循环中具有非常重要而特殊的作用，对我国大部地区乃至全球的天气气候都会产生重要影响。“由于青藏高原地势较高，受到太阳辐射后温度上升，尤其是在夏天，温度较高的青藏高原便成为高空大气环流的一个热力源；而动力源主要是指当气流经过青藏高原时，要么从上面越过去，并被加热了，要么从旁边绕流过去，从而形成天气系统比如西南涡等，这些都造成了整个大气环流形势十分复杂。”中国气象局气象干部培训学院教授俞小鼎说。

　　每到冬天，新疆乌鲁木齐的上空总会被浓雾笼罩。大雾为何对乌鲁木齐“情有独钟”？原新疆气象科学研究所所长张学文表示，这与准噶尔盆地地形密不可分。冬季，当准噶尔盆地受到外来天气系统影响出现降雪天气时，盆地内的积雪反射太阳光，加速了盆地冬季稳定逆温层的形成，使得积雪盆地的温度明显低于周围地区，从而形成了准噶尔盆地持续的冬雾。

　　与山地和盆地等地形相比，对平原地区的预报相对容易，但仍有许多预报人员未破解的“难题”。今年5月20日，造成美国俄克拉荷马州穆尔市24人丧命、120人受伤的龙卷风，其发生便与该地的平原地形相关。俞小鼎表示，龙卷风的形成既需要有暖湿空气交汇提供对流条件，又要求高空和低空都有强风，还需要有较平坦的地形。而美国平原区域多、地势平坦特殊的地理环境容易满足龙卷风形成条件。

　　此外，特殊地形还让暴雨预报更加困难。在天气预报中，暴雨预报是世界性难题，即使是在美国等发达国家，对暴雨预报的准确率也仅达22%-23%。“特殊地形常常使暴雨不按常理出牌，突发局地暴雨自然让人猝不及防。不要说准确预报暴雨，即使‘事后诸葛亮’，对一些罕见大暴雨还是无法解释其形成原因。这就是暴雨预报遭遇的现实尴尬和无奈。”中山大学大气科学系教授梁必骐说。

　　数值预报 任何方程只能是求近似值

　　在科技还未发达的古代，人们通过观察天象、寻找规律，有了诸多预测天气的经验，至今已有几千年的历史。但是，建立在现代科学基础上的天气预报只有百余年的历史，特别是以数值预报为代表的现代天气预测方法的建立只有几十年时间。

　　数值天气预报是以气象观测资料为初值条件，通过巨型计算机进行数值计算，再用流体力学和热力学的方程组进行求解，进而预测未来一定时段的大气运动状态。

　　“我们对大气运动中的规律尚未全然知晓，设计的任何方程只能是求近似值。初始的观测数据除了不完全准确外，还有不完整的问题，例如青藏高原的观测资料很少。”中国工程院院士李泽椿说。

　　如果没有观测资料，数值预报所需要的“原材料”便无法满足，这好比“巧妇难为无米之炊”。而由于自然条件艰苦，据不完全统计，在青藏高原西部地区国家级地面观测站密度为每万平方公里0.6个，全国是2.52个；区域自动观测站密度是每万平方公里1.76个，而全国是32.85个。

　　中国气象科学研究院副院长赵平说，“数值预报取决于对大气物理过程的认识水平。比如，同样是离地面5公里高的位置，长江中下游地面5公里高度的大气温度比高原要低很多。这是由于高原的平均高度在15公里左右，受到太阳辐射后表面上的温度高于平原温度，由此形成了高原一系列独特的物理过程现象。因此，在平原上数值预报模式可以报的非常准，但拿到高原上便‘失效’了。”

　　在天气预报制作方面，“制作中的‘原料’、‘加工厂’和‘产品检测包装’三道工序也决定了预报很难达到准确。”北京大学物理学院大气科学系教授张庆红称，构成“原料”的气象观测数据，由于观测仪器的误差可能导致数据不准确；将观测数据放入预报模式这个“加工厂”进行计算时，要用差分的方法，这也会引起计算的误差；最后进行“产品检测包装”的是预报员，但预报员还有人工分析在里面，也不能做到完全客观。

　　一般来说，3天以内的天气预报准确率较高。“十几天到一个月的天气预报最困难，超过15天就没有预报基础了。”中国科学院大气物理所研究员段安民称。

　　虽然存在着种种困难，天气预报技术仍是一门具有朝气的现代科学。周家斌说：“翻看数值预报的发展历史，你会发现一个规律——依靠科学家的创新，每一次方程的改变都会带来预报准确率的提升。”(刘成成 顾燕杰 郭起豪)

　　延伸阅读

　　我国24小时晴雨预报准确率连续五年高于85%

　　世界各地由于气候条件、地理位置、地形地貌等种种差异，天气预报的难易程度是不同的。“我国属于季风气候地区，冬季、夏季季节明显，出现极端性天气的可能性大。与美国相比，在预报降水上，我国的难度要大，我国的暴雨预报准确率比美国要低5%左右；但是从预报龙卷风来看，美国的难度要大。”中央气象台台长毕宝贵说。

　　北京大学物理学院大气科学系教授张庆红通过一组数据指出，美国是2012年预报台风路径准确率最高的国家，中国与美国相差不多，比日本要高很多。

　　其实，我国的天气预报准确率一直都在艰难提升：2012年，我国台风路径预报误差首次低于100公里，达到近5年来误差最小；24小时晴雨预报准确率为86.5%，连续五年高于85%，最高气温24小时预报准确率为74.1%，最低气温预报准确率为80.1%，均为历史最好水平。