天氣預報與生活密切相關。老百姓通常依據氣象臺預報的陰晴冷暖計劃穿衣和出行。天氣預報的準確程度成為了人們關注的焦點。關於天氣預報的笑話和疑問也不少，「天氣預報怎麼越來越不準了？」「為什麼一開運動會就下雨？」「局部地區是什麼地方，怎麼老下雨？」……實際上，這些常見的和看似簡單的問題裡面涉及到很多科學問題和天氣預報的實踐問題。
1. 「天氣預報公信力」抽樣調查
2011年暑期，南京大學大氣科學學院本科生「天氣預報公信力」暑期社會實踐團隊，在南京市及周邊地區走訪調查，收集了近千份問卷（961份有效，超過南京市常駐人口816.1萬的萬分之一）。此次調查統計，公眾關注天氣預報的方式以手機（56.2%）和網絡（50.1%）的比例最高，其次是傳統媒體電視（43.5%）、報紙（34%）和廣播（29.3%）。對於關注天氣預報的內容，公眾關注晴雨和溫度的比例分別為69.3%和64.6%，關注風級和生活指數的比例分別為33.2%和31.7%。
圖1：關於「您認為天氣預報出現誤差的情況很多嗎？」的公眾調查（南京大學「天氣預報公信度考察小組」暑期實踐團隊，2011）
關於準確度方面的調查（圖1）顯示，過半數被調查者認為天氣預報出現誤差情況很多，三分之一以上的認為天氣預報常常出錯，僅有9%左右的人認為天氣預報出錯的情況很少。有意思的是，81.9%的人都選擇因為天氣預報做出相應的準備（圖2），且有82.6%的人認為天氣預報的信息能夠滿足他們的需求（圖3）。可見，大多數人認為天氣預報是有用的且會採取相應準備，天氣預報信息的內容是符合需求的，但同時公眾又對天氣預報的準確性提出了較高要求。統計結果還表明，公眾對於天氣預報的信任程度與出行方式和工作場所有很大關聯。當然，關於公共氣象服務，需要更多更全面的調查研究。
圖2：關於「您是否會因為天氣預報做出相應的準備？」的公眾調查（南京大學「天氣預報公信度考察小組」暑期實踐團隊，2011）
圖3：關於「天氣預報的信息能夠滿足您的需要麼？」的公眾調查（南京大學「天氣預報公信度考察小組」暑期實踐團隊，2011）
2. 天氣預報真的沒有以前準了嗎？
隨著國家在氣象方面投入的增加，氣象資料越來越豐富，氣象模式、預報手段、計算條件的提高，使得國際國內的氣象預報的水平客觀上是逐步提高的。然而調查中，相當數量的公眾覺得現在的天氣預報不如幾十年前準。可能原因如下：
1) 近年來隨著全球變暖和城市化等自然和人類活動條件異常情況的加劇，對更加頻發的極端事件的預報，原本的預報經驗和預報模式可能會產生更大的偏差。預報經驗和模式都是建立在以前的統計數據上，現在的所謂異常就和以往的慣例出現偏差。另外，數值模式在不斷升級換代，預報員也需要不斷適應新的天氣模式。因此，經驗和模式的代表性可能不如以前，相應的預報結果就會出現不如以前準確的情況。
2) 在我國天氣預報只有氣象局和其授權單位才能發布，其餘機構發布就是違法行為。氣象臺的預報信息是實時更新的，各種渠道的網站、電視臺、手機軟體等獲取預報信息的時間和來源不一樣，這些氣象服務造成的差異就導致大家認為天氣預報的隨意性很大。同時，氣象愛好者越來越多，這是關注氣象發展的好事情。但是業餘做預報很多是個例分析，沒有擔責任的壓力，非法發布的機構是不能為其發布的信息負責的。值得注意的是，氣象預報員團隊有嚴格業務訓練基礎和專業知識，尤其是在數值模式缺乏預報能力或預報結果不確定性很大的極端天氣情況下，需要運用很多氣象知識和經驗，涉及到如何及時發出天氣預警，減少生命和財產的損失，這需要冒著風險和巨大壓力做出預報。
3）由於現代科學技術發展迅速，如果說氣象技術，特別是硬體發展還能跟上經濟技術發展速度的話，但是相對人們出行範圍的擴大，出行頻率的提高，對氣象服務需求的日益增加，對應的服務方式、服務手段和服務效果往往達不到人們現在的預期，這種心理落差會導致其產生主觀想法：即天氣預報不如以前準。
4) 各種新媒體對於氣象災害的迅速預報，對高影響天氣（即對人民生產生活帶來重要影響的天氣事件）致災的渲染，從心理上加深了人們對預報不準確事件的記憶。媒體報導對高影響天氣的極高關注度也給氣象部門帶來壓力。2015年1月，美國國家氣象局（NOAA/NWS）預報員就暴風雪空報事件進行了道歉，也引起了一些氣象學者的爭議。從科學角度來看，天氣預報不可能保證每次都對，更何況極端天氣預報，因此更需要做的是對公眾普及科學知識。
5) 最後，重大天氣過程往往伴隨著多種氣象衍生災害，例如山洪暴發、泥石流、森林火災等。2005年美國Katrina颶風的預報是比較準確的，但是海水倒灌、城市內澇等導致了很多災難。可見，及時地根據天氣預報做出一系列應急響應（包括通訊預警等），提高公眾對極端天氣的認識和對氣象災害及其衍生災害的防災減災意識也是非常必要的。
3. 天氣預報的發展水平
國家在氣象發展上投入了很多力量，天氣預報等氣象服務也取得了巨大的進步，但隨著科技進步和生活水平的提高，人們對天氣預報的需求越來越高。例如大型運動會要求預報精確到足球場地的小範圍，足球開賽的精確時段。這樣定點、定時、定量的預報需求往往意味著很多科學難題以及巨大的公共服務成本支出。
「為什麼一開運動會就下雨？」這涉及到預報時效。組織者一般會提前1-2月組織運動會，有可能準確挑出晴天嗎？自1948年以來，依賴於觀測資料、氣象模式和大型計算機的數值天氣預報成為天氣預報的主要手段。大氣是一個非線性動力系統，具有混沌特性（由上世紀60年代美國科學家洛侖茲提出)，微小的初值誤差隨著時間的演變也可能會導致未來不同的天氣狀態（又稱之為「蝴蝶效應」）；因此數值天氣預報存在很大的不確定性，一個完美的大氣模式也只有2周左右的可預報性（Lorenz 1963）。正如古語所言：「差之毫厘，謬以千裡」。這裡我們討論的是天氣預報。天氣是局地較短時間尺度的大氣具體狀態，氣候則是一個地區大氣的長期平均狀態。氣候預測，例如冬冷夏熱的長期平均態，是遠超過天氣預報周期的，但「能預測出明年夏天某一天早上是否下雨」是不科學的。
那麼天氣預報到底發展到了什麼水平？目前數值模式對大氣環流及形勢場預報（例如副熱帶高壓的位置），世界各地預報中心的全球模式的預報能力從5-6天到最長的10天（歐洲預報中心ECMWF）不等。而降水預報的預報時效比氣壓、溫度等氣象要素短的多。在公眾的印象中，降水預報出現誤差情況更多。
「局部地區是什麼地方，怎麼老下雨？」這涉及到預報精度。為什麼降水這麼難預報？「天有不測風雲」，從觀測、機理到高精度的數值模擬，都不能精確描述雲和降水過程。相比於氣壓和溫度等大尺度氣象要素場，降水場在時空上是不連續變化的，也就是雲和降水發展的非線性更強，導致降水預報的不確定性大，降水預報的精度更低，預報時效更短。當預報雨區劃分不精確的時候，就會聽到某個省的局部地區下雨這樣的預報。
降水預報的改進也是相對緩慢的。以代表國際預報發展水平較高的美國為例（圖4），在過去半個多世紀，大雨（25毫米/天）的短期降水預報（1-3天）水平逐步提高（TS評分越高越好，完美的評分是1）。而暴雨（50毫米/天）以上量級降水、短時強降水、局地對流性降水的預報水平更低。需要指出的是，由於天氣條件不同（例如中美兩國的乾濕等氣候背景不同），不同地區的天氣預報評分並不能客觀地橫向比較。中國幅員遼闊、地形和氣候條件複雜，給天氣預報帶來很大的挑戰。我國的天氣預報包括降水預報水平也在逐步提高（圖5）。
對於地形複雜的地區以及天氣條件急劇變化的情況，溫度、地面風場等的預報也往往存在很大挑戰。局地的天氣系統（例如局地的冰雹、暴雨）也比大的天氣系統對應的天氣（例如大範圍降水）的預報準確度要低一些。而對於龍捲風這樣生命史短、發展迅速、強度大、破壞性強的極端天氣，數值模式很多時候是預報不出來的。
根據預報精度和預報時效的需求，不同用戶對天氣預報準確度的實際應用也不同。例如，某美國氣象保險公司，在預報颶風登陸的前十天就開始加強颶風保險的推銷，隨著預報登陸的時間臨近，銷售策略是保險逐漸漲價。但是到預報登陸的前兩天，撤離危險區的居民迅速增多，同時保險公司開始停止銷售。
綜上，一方面，數值預報在降水預報等方面還有很多工作要做。另一方面，與氣溫、氣壓等較大尺度的氣象要素場相比，降水預報的可預報性較低，公眾對降水預報，特別是暴雨等極端天氣預報的準確度期望要放低。天氣預報的進步包含了幾代氣象科研人員在數值模式、觀測手段和預報員的預報能力等方面的集體貢獻。未來精細化天氣預報的準確度，也是受到可預報性與天氣預報發展水平制約，不會迅速提高和突破。
圖4. 美國國家大氣海洋局（NOAA）國家環境預報中心天氣預報中心（NCEP/WPC）定量降水預報TS評分檢驗（1英寸/天=25.4毫米/天，可對應中國大雨量級25毫米/天；0-24小時預報：紅線；24-48小時預報：綠線；48-72小時預報：藍線）（圖引自美國大氣海洋局NOAA/NCEP/WPC）
圖5. 國家氣象中心定量降水預報TS評分檢驗（大雨量級25毫米/天；0-24小時預報：藍線；24-48小時預報：黃線；48-72小時預報：綠線）（圖：國家氣象中心代刊 提供）
4. 天氣預報的未來趨勢
2015年美國氣象學年會關於25年後（即2040年）的天氣預報做了展望，在科技進步、氣象觀測和數值模式發展的基礎上，做好天氣預報服務是未來發展的趨勢。伴隨著令人炫目的高科技和信息化新時代的到來，我們需要面向公眾多樣化氣象服務的需求，面向改善人類居住環境和適應氣候變化等目標，開展精細化天氣預報服務，開發多樣化的氣象產品，讓公眾快速獲取氣象信息，有效提高防災減災能力。
總之，「天氣預報是大氣與環境服務的重要組成部分；預報科學的科學性、工程性和藝術性均服務於天氣預報、服務於人民。」（朱躍建2010）
延伸閱讀
1）概率預報
2011年暑期，南京大學大氣科學學院本科生「天氣預報公信力」暑期社會實踐團隊調查走訪，發現不少人對概率天氣預報是不理解的，甚至可以說是很不滿的。比如，預報明天下雨的概率是28%，他們就不明白了，他們認為一件事情發生和不發生的概率應該是各一半（例如拋硬幣），預報的準確性這麼低還有什麼意義，認為這是氣象部門在打擦邊球。具有一定專業基礎的人可以看出，他們不了解概率的知識，不知道條件概率的情況，也混淆了準確率和概率的概念。調查中遇到即便是受教育程度很高的人，他們也未必對氣象專業名詞有太多了解。概率天氣預報是根據一組天氣預報模式（集合預報）和後處理製作的，表明了發生該種天氣條件的可能性大小；概率越高，則表示可能性越大。相對於傳統的確定性預報（例如有無降水），概率預報提供的是出現該天氣現象或某種氣象要素值出現的可能性。
為了解決這些問題，一方面，在新業務開始之前，需要做必要的可用性調查；另一方面，在氣象技術高速發展的今天，引進新的名詞、新服務之類的確是必要的，但必須做好配套的知識普及工作，例如概率天氣預報的電視講解講座。美國學者做過公眾調查，以了解公眾對概率形式的預報的接受程度。發現採取確定性預報的形式來表徵預報的不確定性，例如「給出明天預報的溫度在35-39度之間（80%的概率區間，35度和39度分別對應低概率10%和高概率90%），50%中位數對應37度」，這種表達比單純預報37度更容易獲得公眾的理解。
2）重現期和頻率
重現期經常被用來替代某一事件發生的頻率，即重複出現的時間間隔的平均數，重現期和頻率互為倒數。例如在某地發生大暴雨的概率很低，媒體愛用的「百年一遇」在統計上的意思是某地某年出現超過大暴雨的降水是1%的概率（1/100=1%），也就是指該事件的重現期為一百年。這並不意味著一百年內不會出現第二次，例如某地兩年連續出現這樣大的暴雨的概率是萬分之一（1%*1%）。當然，如果某地年年可以出現這樣大的降水，那麼氣候頻率就會改變，這是氣候變化的研究內容。另外，需要注意的是，在水文學和氣象學實踐中，發生頻率和重現期是通過實測資料進行估算的，具有統計平均意義。
3） 天氣預報的檢驗評分
對天氣預報的準確度評價有一系列客觀評估標準和評分，是對天氣預報結果和觀測進行對比和量化評估，即天氣預報檢驗。以降水預報常用的TS統計評分為例，它的定義為超過某一氣象要素閾值的Threat Score（TS） = [命中數/(命中數+漏報數+空報數)]），TS評分在0-1之間變化，分數越高越好，完美預報的TS評分是1，即漏報數和空報數都為0的情況下，TS評分最高。當提到對於24小時暴雨預報，先進國家水平的TS評分也只有0.2左右的時候，公眾又不理解了，認為50%概率還有0.5呢。這裡是混淆了預報概率和預報評分的概念。預報評分是針對預報和觀測發生的天氣事件的統計（如一段時間內，一個比較大的範圍，例如圖4是全美國的逐年大雨預報統計），而不是某次天氣事件或某種天氣要素超過一定閾值的預報概率。
4）關於氣象觀測和預報標準的疑問
在2011年的調查中，社會公眾也對氣象部門的天氣預報和觀測提出疑問。首先，氣象觀測和天氣預報在世界氣象組織（WMO）和中國氣象局都是有嚴格的標準和製作流程規定。
氣象站對每一個氣象要素的觀測都執行嚴格規定。以氣溫觀測為例，溫度計是放置在氣象百葉箱內，減少太陽和風等對溫度測量的幹擾，離地面的高度標準是1.5米。這樣觀測的氣溫和公眾在地面放置溫度計暴曬的溫度不是可比較的，夏季最炎熱的時候地面和標準氣溫測量的溫差甚至可達二十度以上。而氣象站對對地表溫度和土壤溫度的觀測還有不同的標準。另外氣象站的觀測到的氣象要素是代表站點的天氣條件，鄰近位置（海拔、植被條件等不同）得到的觀測很可能不同，特別是局地性的降水，雨量計所在地和附近局地的雨量可能會有很大差異。
社會公眾還提出天氣預報製作標準的疑問，例如夏季高溫天氣，是否各地政府部門對氣溫的播報要求不同，天氣預報的結果是否會被一些政府職能部門所影響呢？江蘇省氣象臺首席預報員韓桂榮，回答了類似的疑問：「需要澄清一下，我們播報天氣該怎麼樣就怎麼樣，氣象部門的工作是科學嚴謹的，不會受任何部門的制約。」
參考文獻：
Lorenz, E. N., 1963: Deterministic nonperiodic flow. J. Atmos. Sci., 20, 130-141.
Yuan, H., M. Sun, and Y. Wang, 2016: Assessment of the benefits of the Chinese Public Weather Service. Meteorol. Appls., 23, 132–139. DOI: 10.1002/met.1539
公安部治安管理局,2011:中華人民共和國全國分縣市人口統計資料(2010年).群眾出版社,323pp.
南京大學「天氣預報公信度考察小組」暑期實踐團隊,2011：天氣預報遭遇信任危機？.金陵晚報,2011年12月16日教育新聞B12版面.
彭琳玲,孫敏,潘益農,2012: 基於條件價值評估方法分析中國公眾氣象服務效益．氣象科學,32(4):411-417．
朱躍建,2010: 預報科學.大氣科學學報,2010,33(3):266-270.
(作者：南京大學 袁慧玲； 校對：江蘇省氣象臺蘇翔，上海中心氣象臺孫敏）
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