位于吉林省吉林市桃源山的氣象雷達。 （圖片來源：視覺中國）
　　

中國氣象局綜合業(yè)務實時監(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。 （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，加強氣象預報預測并及早未雨綢繆，是應對氣候變化的重要舉措。
　　5月起，我國正式進入汛期。近日，國家氣候中心向公眾發(fā)布了2022年汛期氣候預測，這是國家氣候中心第二年向公眾公開發(fā)布氣候預測信息。我國是世界上最早開展氣候預測業(yè)務的國家之一，如果說天氣變化影響近幾天的安排，那么氣候預測則可以為更長時間的活動規(guī)劃提供依據(jù)。多年來，我國氣候預測團隊致力于推動預測技術(shù)和應用的發(fā)展，為制定國民經(jīng)濟發(fā)展計劃和部署防汛抗旱、防災減災救災等決策提供科學支撐。今年“五一”，國家氣候中心氣候預測室榮獲了2022年全國工人先鋒號（集體）。
　　新技術(shù)部分性能達到國際領先水平
　　預測準確率穩(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測中心的預報，今年汛期雨水較往年偏多。連續(xù)降雨對西瓜各個生長時期都會造成很大影響。王超準備在排水和降濕上做點準備。“我們種地的最關(guān)心氣候，現(xiàn)在能及時知道氣候訊息，早做準備，比以前方便多了?！蓖醭吲d地表示。
　　讓瓜農(nóng)獲益的氣候預測過去稱為長期天氣預報。在氣候預報人員眼中，天氣預報和氣候預測有一個共同點——揣摩“老天爺”的脾氣。不過，想要把“老天爺”的脾氣摸準，氣候預測關(guān)注的時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動，重點關(guān)注大氣環(huán)流的演變和影響?！眹覛夂蛑行臍夂蝾A測室副主任、正高級工程師劉蕓蕓表示，氣候預測不僅要關(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。這是因為氣候預測的對象都是10天以上的長時間尺度，而大氣中的異常信號往往只能維護一周左右的時間。而我國處于東亞季風區(qū)，季節(jié)和年際變率大，影響我國氣候的系統(tǒng)復雜，氣候預測的難度更大。
　　準確率是氣候預測服務效率的重要指標。面對防災減災需求，預報信息越準、越早，越有利于減少災害損失。因此，多年來，氣候預測室一直在想方設法提高準確率。
　　氣候預測的主要工具之一是動力氣候模式——通過量化大氣運動規(guī)律而建立一組物理機制模型。國家氣候中心副主任、正高級工程師肖潺表示，發(fā)展更為精細的氣候預測模式，更好地描述物理氣候系統(tǒng)，就有望做到更加精確預測。
　　據(jù)劉蕓蕓介紹，我國的氣候預測模式經(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)實現(xiàn)準業(yè)務化運行，部分性能達到國際領先水平，實現(xiàn)了我國氣候預測自主核心技術(shù)的一大發(fā)展。
　　“擁有自主研發(fā)的動力氣候模式系統(tǒng)，對我們的氣候預測業(yè)務來講是一個堅如磐石的支撐。一方面可以提高實時預測服務能力，另一方面使得我們的預測業(yè)務更加安全穩(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。
　　圍繞提高準確率的目標，近年來，氣候預測室基于氣候模式，還建立了一些新的預測系統(tǒng)，并通過誤差訂正技術(shù)縮小了模式的預測誤差，也減少了氣候預測的不確定性，推動氣候預測準確率穩(wěn)步提高。
　　目前，我國氣候預測的準確率已達到70%左右。而對于氣候預測來說，準確率是有“天花板”的，從科學認知和可預報性的角度，一般認為，我國氣候預測準確率的上限是75%至85%。
　　多學科技術(shù)成果運用兩三天完成的預測工作縮短至2到4小時
　　現(xiàn)代天氣預報和氣候預測，均要以全國乃至全球觀測資料作為數(shù)值模式的初值，通過計算機代入初值對數(shù)學物理方程進行求解，進而計算出未來的大氣狀況。這個過程要用的數(shù)據(jù)量大得驚人，有的要用高速計算機“轉(zhuǎn)”好幾個月。
　　中國氣象局國家氣候中心首席預報員、氣候預測室總工程師陳麗娟每天的主要工作內(nèi)容就是利用計算機獲得大量觀測數(shù)據(jù)和模式預測數(shù)據(jù)，經(jīng)過診斷分析以及各種預測方法，最終獲得最優(yōu)的預測結(jié)果。1995年，陳麗娟研究生畢業(yè)后來到國家氣候中心工作，當時的氣候延伸期（11-30天）預報依靠的還是第一代動力氣候模式系統(tǒng)。
　　“過去，延伸期預報依賴的大氣環(huán)流模式也是在計算機上運行，但只有值班室有幾臺終端顯示器，多數(shù)人都沒有電腦。”陳麗娟回憶起從前，那時，她經(jīng)常做的工作是利用計算機終端提交模式作業(yè)、利用編程進行數(shù)據(jù)處理。但由于計算機存儲空間有限，所以陳麗娟必須經(jīng)常將歷史數(shù)據(jù)用磁帶備份。
　　“那時的數(shù)據(jù)磁帶塊頭大，可以用沉重來形容，但存儲量很小，和現(xiàn)在存儲介質(zhì)相比差遠了，備份數(shù)據(jù)這種活兒更像是個體力活?！标慃惥暾f，“當時國內(nèi)能夠使用的動力氣候模式也很少，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測信息。受模式性能、監(jiān)測數(shù)據(jù)歷史短以及大氣科學認知水平等的限制，當時對外發(fā)布的氣候預測準確率總體不高。”
　　記者了解到，從客觀條件上來說，氣候預測的準確率和其他學科的科技進步密不可分，尤其是近年來我國超級計算機、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)學科的快速發(fā)展，讓我國氣候預測準確率呈現(xiàn)螺旋式上升的趨勢。
　　劉蕓蕓表示，大氣科學是最早涉及大數(shù)據(jù)的學科之一，近年來人工智能技術(shù)也在很多領域獲得應用。對氣候預測來講，一方面，機器學習有助于提高氣候模式中的物理參數(shù)化過程；另一方面，利用機器學習等技術(shù)可以提高模式對降水、氣溫等變量的預測技巧。
　　先進的設備和技術(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)的高性能計算機，每個預報員都有性能優(yōu)越的臺式機，可以通過網(wǎng)絡方便訪問國家氣象信息中心管理的高性能計算機?；ヂ?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)務中心的動力氣候模式預測信息?！?br/>　　陳麗娟介紹說：“無論過去還是現(xiàn)在，雖然表面上預報員都是在利用計算機完成預報業(yè)務，但是計算機的性能，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。我們對氣候異常機理的認知也極大豐富了。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?！?br/>　　伴隨預測準確而來的還有高效。
　　據(jù)劉蕓蕓介紹，目前，我國氣候預測依賴的方法由單一的模式轉(zhuǎn)向多模式以及動力—統(tǒng)計—機器學習多元技術(shù)的融合。例如延伸期尺度的預測，預報員獲得模式運行結(jié)果后，2至4小時就可完成數(shù)據(jù)處理、集成分析和預報圖繪制，當天即可發(fā)布產(chǎn)品。而以前受制于計算條件，模式每10天才可以得到一次運行結(jié)果，預測產(chǎn)品制作需要2至3天。
　　氣象觀測站增加到2000多個預報內(nèi)容更加精細、更加豐富
　　精細化也是體現(xiàn)氣候預測水平的一個重要指標。
　　天氣、氣候是一個復雜的變量，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)常會存在差異，有時候強降水在西部，有時候可能在北部。預報結(jié)果如果能夠精細到很小、很具體的空間，對政府防災減災工作和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)指導將更有針對性。
　　想要準確預測某一地方的氣候，首先需要知道這個地區(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，這為氣候的精細化預報提供了條件。
　　“早期對我國的降水和氣溫預測主要基于160個氣象站，這是因為建國初期到60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。氣候預測由以前的全國160站預報擴展至全國2000多站分縣預報?！眲⑹|蕓告訴記者，“粗略平均的話，全國160站，相當于250平方公里范圍有一個站，大概是每四個城市有一個觀測站；而2000多個站，相當于50平方公里范圍內(nèi)有一個觀測站。由于地理環(huán)境和人口密度不同，東部地區(qū)的站點比西部地區(qū)相對密集?！?br/>　　觀測站點多了，得到的數(shù)據(jù)也就更加詳實，更能真實反映局地氣候特征。
　　陳麗娟舉了一個例子：“以前氣候預測，北京市只有一個代表站，無法代表北京復雜的區(qū)域特征。而現(xiàn)在，北京市有16個觀測站數(shù)據(jù)在預測業(yè)務中應用，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)，還可以評估動力氣候模式對不同站點的預測能力，進行進一步的誤差訂正，從而獲得精細化、高技巧的預測結(jié)果。”
　　除了氣象站的增加，近些年，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的應用以及大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)的應用，也讓氣候系統(tǒng)觀測的精細化程度進一步提高。
　　陳麗娟表示，氣候預測室的業(yè)務自國家氣候中心成立以來不斷從時間和空間尺度拓展，預報對象也在不斷豐富。時間上，可以提供延伸期、月、次季節(jié)、季節(jié)、年際的預測；空間上，既可以精細化到縣級站，也可以拓展到亞洲甚至全球區(qū)域；預報對象從最初只包含降水、氣溫兩項指標，拓展到如今的全球海洋事件、關(guān)鍵環(huán)流系統(tǒng)、重要氣候事件，以及農(nóng)林、能源、水利等需要的要素。
　　近幾年，氣候預測由單純的面向政府的決策服務轉(zhuǎn)為面向用戶的決策服務和公眾服務。產(chǎn)品開始面向公眾是我國氣候預測能力提升的表現(xiàn)。“在這個轉(zhuǎn)變過程中，一方面感覺到預測壓力增大，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測工作的價值在增強?！标慃惥暾f，隨著“雙碳”目標的提出，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)服務需求，氣候預測室及時開發(fā)了風能、光能氣候預測產(chǎn)品，為能源系統(tǒng)提供氣象保障服務。還在環(huán)境領域初步建成大氣污染氣候監(jiān)測預測業(yè)務系統(tǒng)，提供各月和季節(jié)大氣污染總體趨勢，為重大活動氣象保障服務提供科技支撐。