製圖 金雅男
「一天有四季，十裡不同天」。天氣變化是影響人們正常生活的主要自然因素，氣象預報的準確率更是備受關注的話題。
歲末年初，甬城天氣舞臺相當精彩，兩次強冷空氣先後來襲，1月12日以後暖溼氣流大舉北上，氣溫火箭式地衝高。然後，「反轉劇」再次上演，本周末氣溫將俯衝式地下滑，直至冰點。如此複雜的天氣情況，氣象部門該如何作出精準預報？對此，記者進行了深入探訪。
天氣變幻莫測 充分研判會商
氣象專家開展「頭腦風暴」精準預報寒潮影響
影響寧波的氣象災害種類多，主要有颱風、暴雨、雷電、冰雹、寒潮、暴雪、乾旱、熱浪、連陰雨、低溫冰凍、濃霧等，其中乾旱、颱風、寒潮對農業生產的影響範圍最廣、災情最重。
2020年年末，一場強寒潮席捲甬城，日平均氣溫從10.1℃暴跌至-2.5℃，鄞州國家氣象站最低氣溫跌至-6.4℃，並伴有沿海海面11級、內陸地區9級大風。市氣象臺提前10天開始關注這次寒潮過程，經過對天氣形勢的充分研判和會商，精準預報了此次強降溫、大風、雨雪低溫冰凍過程。
塗小萍是市氣象臺資深預報員、正研級高工。自1993年參加工作以來，她一直從事與氣象預報預測和服務相關的工作，參加過2008年北京奧運會氣象保障服務和青島奧帆賽演練氣象保障服務。2014年入選中國氣象局首席預報員，2020年入選中國氣象局首席氣象專家。
2020年12月25日8時，寒潮影響倒計時105小時。塗小萍與往常一樣，8時前已經到崗，一邊聽取中央氣象臺組織的全國天氣視頻會商，一邊查閱天氣實況，結合多家數值預報模式結果，對未來天氣作出預報。
與往日不同的是，面對4天後即將到來的災害性寒潮天氣，市氣象臺所有預報員聚集到預報大廳。在全國天氣視頻會商結束後，各位預報員開展內部會商，充分表達自己的預報理由和結論。最後，塗小萍結合大家的意見，起草了關於本次寒潮的第一期《重要天氣報告》。
這份報告中特別指出了「受寒潮影響，31日至1月1日全市最低氣溫-5℃至-6℃，山區-7℃至-10℃，有嚴重冰凍，電力、燃氣負荷將增大，水管凍裂風險加大，需加強用電、用氣、供水安全防範措施。另外，注意防範大風對農業設施、海上交通作業、漁業生產等的不利影響，漁船注意回港避風。」
2020年12月28日11時，寒潮影響倒計時30小時。「市氣象臺準備發布寒潮警報，聯繫區縣氣象臺發布寒潮藍色預警信號。」市氣象臺副臺長張程明告訴值班預報員。對於這次天氣變化過程，他已瞭然於胸，每一個預報預警服務節點也都已根據業務規範和服務需求安排妥當。
「寒潮明天傍晚將開始影響我市，冷空氣剛下來的時候陣風最大，沿海海面風力可達11級，所以明天中午需升級寒潮橙色預警、發布大風黃色預警，傍晚發布降溫報告。明天夜裡到後天早晨平原有雨夾雪，山區有雪，氣溫在0℃以下，雪一落地就會被凍住，將會出現道路結冰，所以明天夜裡需要發布道路結冰橙色預警。另外，30日夜裡氣溫將降至-5℃以下，高海拔山區可能低於-10℃，需要提前發布嚴寒警報和低溫橙色預警。」當寒潮帶著大風、雨雪、強降溫和低溫冰凍到來時，市氣象臺早已準備就緒，預報預警工作有條不紊地進行著。
天氣變幻莫測，要準確預報並不容易。鄭梅迪是市氣象臺的一名青年預報員，2016年畢業於浙江大學。從業4年多，她已經從稚嫩的新手逐漸成長為可以獨當一面的主班預報員。
2020年12月30日，寒潮正在南下。電腦前，鄭梅迪不斷刷新著雷達和自動站監測軟體，密切關注實時風力、氣溫和降雪情況。根據之前的短期預報，冷空氣下來速度很快，30日上午應該雪止，但具體是8時止還是11時止，誰也沒有十足的把握，這就要靠監測預警崗的預報員，根據雷達探測和上遊自動站實況外推，作出短時臨近預報。
上午8時，浙中北地區的降雪基本停止。就當大家以為降雪過程已經結束時，鄭梅迪發現餘姚西部出現了一條只有10-15dBZ的弱強度雷達回波，這很容易被當成非降水雜波而被忽略。根據短臨監測經驗和實況氣溫，鄭梅迪判斷，這很有可能是四明山區的降雪回波。她立即向正在四明山區進行直播的同事詢問那邊的天氣情況，確認當地已經出現明顯飄雪後，她將這一監測信息上報，並作出判斷：「降雪回波將向東南方向緩慢移動，奉化西部山區乃至城區將逐漸出現飄雪，但水汽條件差，雪量小，山區飄雪可能會持續到11時。」
天氣預報 是個系統工程
影響天氣預報準確性的因素較多
天氣預報屬於預測科學。從科學規律來講，預測科學不可能完全準確或者永遠準確，天氣預報也是如此。「天氣預報實際上是一個浩大的系統工程，受客觀因素及主觀因素影響，每個環節都存在某些不確定性，每一次預報結果不可能都與實際一致，提高天氣預報的準確率需要艱苦而持續的努力。」市氣象臺副臺長郭建民說。
大氣運動是混沌的。正如氣象學家洛倫茲1963年提出的「蝴蝶效應」所描述的：大氣運動發展對初始條件具有極為敏感的依賴性，初始條件極小的偏差，隨著時間的變化，可能會演變出大相逕庭的狀態。
現代天氣預報是基於觀測數據和求解大氣基本方程組得到的，而這兩點都存在誤差。其一，目前的探測能力不可能完全精準地獲取大氣狀態的真實值，探測儀器0.001的誤差，隨時間迭代變化會被放大到10。其二，目前的數學物理理論發展，不足以支持大氣基本方程組的求解，只能通過尺度分析、微積分等方法進行簡化計算，這裡必然產生細小誤差。隨著預報時長的推移，這些誤差被不斷放大，進而影響預報的準確性。
氣象專家認為，目前對於這一困境的解決辦法，一是增加觀測並快速同化進數值預報模式，二是人為地將多個細微差別的初始場進行計算，在一系列預測結果「集合」中尋找發生概率最大的情況，即「最佳結果」。然而，「發生概率最大」並不意味著「一定發生」。
除了大氣運動自身隨機性的限制，科學家對大氣運動的認識水平也有限。大氣運動中包含著各種尺度的運動，各種運動間也存在相互作用。郭建民解釋：「我們熟知的副熱帶高壓、冬季產生冷空氣的冷高壓、颱風等，都是大尺度的天氣系統，而產生強對流的颮線、龍捲風等，是中小尺度的天氣系統。受探測能力和科研水平的限制，目前對中小尺度天氣系統自身結構特性的認知，以及對不同尺度天氣系統之間相互作用的認知，仍有不足的地方。」
此外，地形地貌等因素也導致了天氣現象演變過程的不確定性。2013年，「菲特」颱風帶來的特大暴雨，給人們留下了深刻印象。為何此次暴雨如此兇猛？除了「菲特」倒槽、「丹娜絲」水汽輸送、冷暖空氣在浙北一帶交匯等因素，四明山區特殊地形導致的持續抬升效應，也對這次天氣過程起到了「推波助瀾」的作用。由於特殊地形地貌環境下氣象觀測資料的缺乏，模式對地形地貌的描述不夠精準，導致數值預報模式很難準確量化地形地貌對大氣活動的影響。
作為奮鬥在一線長達28年的天氣預報員，塗小萍說：「我的職業生涯趕上了氣象科技飛速發展的時期，天氣預報技術已經發展到了前所未有的高度。未來天氣預報服務將由傳統的氣象要素預報向影響預報轉變，預報員的作用將逐漸向高精細化的監測資料應用分析、數值預報產品釋用、高影響天氣預報技術研究等方向轉變。」
預報時效延長到10天 預報精度細化到5公裡
氣象大數據為政府決策、部門聯防提供科學支撐
天氣預報主要依賴大數據，並涉及不同時間和空間的海量數據，正是人工智慧非常好的應用場景。
寧波市水蜜桃氣象指數、鄞州鹹祥藍海氣象指數、奉化全域氣候舒適度、梅山灣旅遊度假區氣候環境分析……近年來，我市各地氣象大數據的深度挖掘和融合分析產品陸續推出，持續釋放紅利，為公眾提供了極大的參考價值。
鄞州區鹹祥鎮地處象山港西岸，擁有近16公裡長的海岸線，是寧波市區離「藍海」最近的地方。在溫度、風向、潮汐及生態環境等有利條件影響下，其海域內的海水非常清澈，呈現碧海藍天的怡人景致。鄞州區氣象局與鹹祥鎮政府合作，以國家海洋局潮汐數據及市海洋與漁業信息監測中心現場海水透明度、濁度觀測數據為基礎，結合溫度、風向、能見度、降水等氣象因素，推出鹹祥藍海氣象指數，為遊客提供科學觀賞指南。
近年來，基於氣象大數據開發的智能網格預報技術，可以將預報時效延長到10天，預報精度細化到5公裡，預報準確率與服務滿意度穩步提高。氣象大數據可對氣象災害多發區、地質災害高易發區、氣候變化敏感區、重點生態功能區、生態環境敏感和脆弱區等進行實時動態綜合監測，對社會經濟發展有著重要參考價值。
市氣象臺通過開發短臨預報寧波本地化應用、雷達三維顯示等平臺，著力提升短臨預報預警水平。如今，我市暴雨預警命中率達76%，突發強天氣預警時間提前33分鐘。同時，建設了氣象災害綜合風險評估系統，探索建立不確定性預報和氣象災害發生風險的聯合智能預報產品，為政府決策、部門聯防提供了更為精細的數據支撐、技術支撐。
目前應用大數據和人工智慧的氣象技術主要有：基於機器學習的短時臨近天氣預報技術與應用、國家級智能網格氣象預報、基於大數據與機器學習技術研發的降水相態識別技術等。「人工智慧在氣象行業中的應用剛起步，應用場景還有很多。在未來，將會給天氣預報帶來新的機會，提供更有價值的信息。」郭建民說。
高水平氣象現代化建設 持續發力
提升預報準確率是氣象人永恆不變的話題
市氣象臺副臺長郭建民介紹，現代科學技術的發展為天氣預報提供了先進的裝備，先進的風雲四號氣象衛星、遍布各地的都卜勒雷達站網絡、全國3萬多個地面自動觀測氣象站，以及攜帶有探測設備的飛機、輪船等，使我們對大氣實況獲取能力大大提升。而強大的超級計算機系統能運算複雜天氣模型，使天氣預報的準確性大大提高。目前正在快速發展的量子計算，可能對天氣預報帶來顛覆性的變革。
氣象是科技型行業，縱觀氣象發展歷程，也是科技進步的展現。當前推進高水平氣象現代化建設正在持續發力，提升災害性天氣的監測水平，推進大數據、雲計算在氣象領域的廣泛應用，提升氣象科技水平，並將科技成果應用到預報實踐中，最終體現在預報準確率的提升上，這需要一代代氣象人持之以恆的努力。
（來源：寧波日報 責任編輯：顏昕）