讓氣候預測能力躋身世界前列

2021-01-09 中國氣象局

中國氣象報記者 徐文彬

  「國家氣候中心最核心的業務就是氣候預測。堅持客觀的氣候預測,更好地基於模式技術提高氣候預測準確率,是國家氣候中心當前的核心工作和未來的發展目標。」談起國家氣象科技創新工程(2014-2020年)中的次季節至季節氣候預測和氣候系統模式,國家氣候中心副主任巢清塵認為,雖然目前對於氣候預測核心科學問題的認識還有很多不足,但國家氣候中心作為國家級的氣象業務單位,立足於面向國際前沿、國家需求和氣象事業發展這三個目標,對於在2020年完成相關目標還是充滿信心。

  堅持發展無縫隙、一體化的氣候模式預測系統

  為了完成次季節至季節氣候預測和氣候系統模式的任務,國家氣候中心從預報的要素、時間和空間入手,制定了具體的計劃和指標,有針對性地提高預測能力。

  「在預報要素上,要從常規溫度、降水要素拓展至月內強降水、強降溫過程、氣候現象、氣候事件、氣候災害和極端事件、面向行業的預測;在時間尺度上,要實現延伸期-年的無縫隙連結;在空間尺度上,全國實現分縣預報,實現針對亞洲區域的降尺度預測。」巢清塵分析道。

  不過,要達到這個目標絕非易事,需要在模式降尺度釋用技術、多模式集成技術和動力統計相結合的客觀預報技術等方面取得突破。據國家氣候中心氣候模式室主任吳統文介紹,次季節至季節氣候預測關注的時間尺度是延伸期-月-季節的氣候預測。在目前的氣象業務中,天氣預報關注的預報時效是兩周,氣候預測關注月以上的時間尺度,所以兩周至一個月之間的延伸期預報一直是氣象業務的空白領域。「次季節到季節的氣候預測是國際上的熱點問題,我們也進行過相關研究,並且有一定的基礎。進行次季節至季節氣候預測研究,對於建成我國延伸期-月-季節-年-年際尺度無縫隙、一體化的氣候模式預測系統意義重大。」 吳統文說。

  以提升模式水平作為提高預測能力的重要手段

  雖然在IPCC(聯合國政府間氣候變化專門委員會)的模式比對中,國家氣候中心的氣候預測模式與國內其他模式相比總體性能較好,但與國際先進水平相比還有差距。近5年,我國基於動力氣候模式和統計方法做出的汛期降水預報評分平均為72分,最近10年平均只有69分,且每年評分波動較大。在《國家氣候中心氣象現代化實施方案(2013-2020年)》中,到2020年汛期降水的目標評分要達到80分。「分數提高到一定程度,提升的難度就越大,對預報技巧的要求就越高。」巢清塵表示。

  而模式的解析度水平較低就是制約預測能力的主要「短板」之一。吳統文對此分析道:「目前我國大氣模式的水平解析度為110公裡,垂直分層為26層,而有的國家在科研領域能達到垂直分層80層至90層的分析能力,在這方面我們還存在較大差距。」

  目前,國家氣候中心計劃以現有海-陸-冰-氣多圈層耦合的T106中等高解析度的氣候系統模式BCC_CSM1.1(m)為基礎,發展高解析度氣候模式系統。「到2020年我們的目標水平解析度是高於30公裡,垂直分層達到70層,這不僅需要我們加強對模式開發的研究力度,還對精細的探測能力、更高的資料同化水平以及更快的計算能力提出了較高要求。」 吳統文認為。

  「研究表明如果模式解析度進一步提高的話,就能明顯提高我國夏季降水的預測能力。」巢清塵表示。

  另外,由於現有的氣候預測模式沒有考慮人類活動的影響,對於人類活動造成的溫室氣體排放變化對氣候預測的影響還難以在模式中客觀反映。因此,國家氣候中心還提出增加碳循環、氮循環、大氣化學和氣溶膠等過程,建立地球系統模式。據吳統文介紹,相對於更加關注大氣初值的天氣預報模式,氣候預測模式要考慮整個地球系統的變化情況,其中陸面、海洋等下墊面的變化,以及人類活動的影響,都將納入氣候預測模式中進行計算,因此建立地球系統模式對提高氣候預測的準確性有重要幫助。

  創新機制廣泛合作 聚力提升科研能力

  目前,國家氣候中心還將統籌本單位各部門人員,建立氣候系統模式核心團隊和短期氣候預測核心團隊,並對其提出明確任務和細化步驟。「調動科研人員的積極性,使他們完全投入到攻關任務上,是我們在方案的頂層設計中重點考慮的問題。」 巢清塵表示,「國家氣候中心將在管理機制方面進行嘗試,為攻關團隊創造良好的科研環境。同時加強監督考核,做到任務到人、目標到人、問責到人。」

  為了更深入學習世界先進水平,國家氣候中心每年都會選派科技業務骨幹,到海外創新培養基地進行3至6個月的訪問學習。同時,國家氣候中心還聘任國內外知名專家為客座研究員,不定期對相關研究進行指導。此外,國家氣候中心還與國內大部分相關科研院所和高校建立了良好的合作關係,例如將與南京大學建立氣候模擬與預測研究聯合實驗室等,與中國氣象科學研究院、北京大學、南京信息工程大學開展合作。「為了實現目標,需要通過與科研院所和高校的廣泛合作,網羅各方面優秀人才,才能為加強科研實力、提升業務水平打下堅實基礎。」吳統文說。

  倒逼機制下的機遇與挑戰

  「這次我們制定了較高的發展目標,就是為了形成倒逼機制,解放思想、激發潛能,更好地發揮國家級業務單位的帶頭作用。」 巢清塵強調。不過她也認為,要按期完成目標需要理論、機理的科學研究,以及在業務和服務等多個環節取得突破,任何一個環節出現問題都將影響最終的結果。「而且,氣候的可預報性不如天氣系統,目前對於影響氣候預報準確率的因素和影響機理的研究還處於摸索階段,在認識的過程中還存在著反覆的可能性。」她表示。

  吳統文則提出,按照目前制定的目標,未來,高解析度氣候模式系統對計算資源的需求量將是目前水平的近200倍,龐大的計算量不僅對計算機運算速度提出了更高要求,也對數據存儲空間提出了更高要求;另外,雖然提高模式可以靠技術攻關,但資料同化工作需要中國氣象局進行統籌安排。此外,吳統文也強調應當客觀看待模式發展的不確定性:「譬如模式的解析度提高後,如不能進行大量的分析工作,模式效果未必能夠得到顯著提升。」

  「我們認為空談目標不是創新,只有踏實做事,才是實現科技創新的根本方式。在實踐中,我們會不斷針對組織形式、管理模式、考核方式等進行探索,在科研管理方面有所突破,找到讓科研人員充分釋放熱情和積極性的途徑。力爭到2020年,使我國氣候預測水平躋身世界頂尖行列。」巢清塵說。

  (來源:《中國氣象報》2014年12月16日三版 責任編輯:張林)

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