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            冷冬VS暖冬,今年冬天是穿厚點還是穿薄點?就看這篇了!
            來源:科普中國
            發布時間:2022-11-15
            瀏覽次數:377

            版權歸原作者所有,如有侵權,請聯系我們

            今年,我國經歷了 1961 年以來最熱的一個夏季,在這樣一個歷史最熱夏季后,網絡上出現了兩種對于今年冬季氣溫的預測:

            預測一:今年夏天熱的這么徹底,那冬天可能也會冷的很徹底,所以會是一個冷冬;

            預測二:今年夏天的熱浪,會延續到冬天,所以會是一個暖冬。

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            圖庫版權圖片,不授權轉載

            那么這兩個預測到底哪個是真的?我們可以通過夏季氣溫,推測出冬季氣候走勢嗎?想真正了解冬季氣候情況,我們首先要弄清楚什么是氣候預測,該如何進行氣候預測,以及氣候預測的局限性。

            01

            氣候該怎么預測?

            發布自中國氣象局發布的天氣預報和氣候預測,是我國最權威的科學預報和預測,各大高校、研究院所和各大部委、企業等也有氣象學專業的人員從事著基于科學的預測工作。

            基于科學預測天氣的過程和原理很復雜,不僅僅涉及到地球大氣的物理化學,還涉及到會影響大氣的那些因素的物理化學,比如太陽、巖石、海洋、生物甚至人類活動,還會涉及到探測這些物理化學性質的手段,比如機械、電子、通信以及計算機科學等等,當今的天氣預報是人類在所有這些領域的科學和技術發展的成果。

            還需要了解的是,影響氣溫、氣候的因子和層面是多方位的,比如:

            直接影響地面氣溫的物理原因:比如太陽輻射、地熱輻射、冷空氣流入、高空氣流下沉,這些都會直接影響地面氣溫;

            大氣環流:副熱帶高壓、西伯利亞冷高壓等等,這些都是大氣環流中的天氣系統,它們會間接影響氣溫;

            大氣系統以外的因子:拉尼娜、青藏高原積雪等氣候系統的外強迫因子,通過長期積累的慢變效果會影響大氣環流,間接影響氣溫。所以氣溫和氣候預測是一個很復雜的事情,無法僅憑單一因素就能推斷未來氣候走向。

            02

            現代科學天氣預報

            預報天氣自古有之,但是基于現代氣象科學預報天氣的歷史很短短,不過一百多年。而以數值天氣預報為標志的更加準確的天氣預報歷史,不過幾十年時間而已?,F代天氣預報的科學原理和技術手段,主要體現在以下幾個地方。

            1. 定義天氣

            風云雨雪等天氣現象是在地球對流層中產生的,主要是對流層大氣的物理化學性質發生各種復雜變化的結果。想預報天氣就先要了解它,這就先要對大氣的各種屬性進行觀測或者說探測。大氣的屬性很多很復雜,比較重要的有空氣質量(密度或氣壓)、內能量(溫度)、移動(風場)和空氣中所含的水汽量(濕度)等,只有對這些屬性有科學的測量,才能對天氣有更準確的預報。

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            圖庫版權圖片,不授權轉載

            2. 認識規律

            有了對大氣屬性的描述和觀測結果之后,通過科學分析就會發現大氣的各種屬性在時空尺度都具有一些特征,這就是大氣環流。大氣環流基本決定了所有的天氣,而大氣中所包含的其他因素,如大地、海洋、人類活動,以及外部因素如太陽的照射,都會決定和影響大氣環流的特征。

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            用來描述大氣屬性的 500hPa 等壓面天氣圖

            至于大氣環流如何決定了天氣,大氣環流又是如何形成和變化?這些都需要遵守物理規律,經過幾百年的努力,氣象科學逐漸將這其中的各個環節和各種因果關聯搞清楚了一個大概。是的,只是一個大概的近似了解,因為其中涉及了無可避免的大量的簡化,比如認為聲音那樣的空氣振動對于天氣的影響就忽略掉吧,算不過來,或者說算出來了也沒意義。

            3. 計算大氣環流的未來變化

            科學了解了大氣屬性到天氣的方方面面,然后對其未來變化進行計算模擬。這在過去,主要是靠預報員的科學認識和經驗,在現代,就是依靠數值天氣預報。

            數值天氣預報就是利用高性能計算機,將當前的大氣狀態輸入一個能夠描述大氣運行規律的數學物理方程組,然后求解未來的大氣狀態,得到大氣的各種物理要素,比如風、氣壓、溫度、濕度等,進而推算出各種天氣現象,比如雨雪、能見度、天空云量等。

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            中國氣象局數值預報業務系統概況

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            現代天氣預報的能力局限

            在經歷了幾百年的努力后,現代天氣預報的能力依然有局限性,很直觀的就表現在我們的手機天氣 App 的最長時間的天氣預報一般只有 15 天。而且你會發現今天看的第 15 天的天氣,和等第 15 天真正到來時的天氣可能會有很大不同。

            這便是現代天氣預報的局限了。

            由于在天氣預報計算時輸入的數據是近似的、也進行了近似處理、還存在無法消除的誤差,以及利用客觀預報方法(AI也是其中之一)和主觀預報經驗對數值預報輸出結果再加工,所以最終得出的天氣預報結果都只是對未來的近似模擬,不可能完全準確。并且這種近似模擬會隨著預報需求的精細程度增強而加大,也會隨著預報時效的拉長而變大。

            這樣的預報體系就造成了天氣預報是存在時效性的,并且無法做到精準的定時定點定量預報,只能夠進行大致時間、地理范圍的預報,大體上來說:3 天內基本可靠,10 天內高度可參考,10 天以外不大靠譜,超過 20 天絕無可能。

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            圖庫版權圖片,不授權轉載

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            天氣預報與氣候預測

            既然 10 天之外的天氣基本可以歸為不可信的行列,那么氣象局發布的季節“天氣”預測是怎么回事呢?

            實際上,公眾所理解的“天氣”,在氣象科學領域分為兩種情況:天氣和氣候,它們相互聯系又有所不同,可以從下面三點來感受一下:

            從外在表現形式上來說:天氣是某時某刻大氣狀況以及其短時間演變后的瞬時結果;氣候則是指一段時間內的平均大氣狀況以及經歷了較長時間演變后的平均結果;

            從信息獲取或者表達形式來說:天氣是各種儀器探測出來的氣象要素,氣候則是對天氣計算的結果;

            舉例來說:天氣是某天是否刮風下雨溫度有幾度,氣候是在一段時間之內總體降雨情況,以及距離多年或者多地平均情況的偏差,氣溫偏低還是偏高。所以,長期的具體某天天氣實際上是不可能預報的,但是氣候狀態是有可能預測的。

            舉個例子,比如我們假設在 8 月就能百分之百的準確預測 10 月的氣候狀態,事先知道了下面這一張 10 月氣溫距離平均狀況偏差的實況,發現除華北和東北地區氣溫變化不大外,其他地區的氣溫都會有所偏高。

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            2022 年 10 月氣溫距平實況

            但即便如此,我們也依然無法預料河南、湖北、安徽等地會在十一期間會經歷那樣一次罕見的寒潮降溫過程。

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            9 月 30 日-10 月 5 日全國最大降溫幅度

            可見,天氣是大氣屬性的快速變化,預測這樣的快變化過程時,諸如赤道東太平洋海表溫度變化(偏冷就叫拉尼娜,偏暖就叫厄爾尼諾),或者說全球二氧化碳的濃度等慢變化因素,是可以忽略掉的。但是對于長時間的比如幾個月之后的氣候狀況,海溫的累積影響就可能有重要的作用了。

            除了赤道東太平洋那一區域的海溫之外,同樣會對大氣環流長期狀態產生重要作用的因子還有很多,比如印度洋的海溫、青藏高原的冰川積雪、北極的海冰范圍變化甚至澳大利亞的牛群的打嗝放屁(影響甲烷含量,甲烷是比二氧化碳更加兇猛的溫室氣體)等等這些,都會影響大氣環流,進而影響氣候。

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            牛群放屁產生的甲烷會對氣候產生影響。圖庫版權圖片,不授權轉載

            而且就算不考慮所有這些所謂大氣的“外強迫”因子,只是考慮已經在運轉的大氣環流自身的動態演變的,也是非常復雜的。這就導致了氣候預測的難度更高于天氣預報,其不確定性更大于天氣預報。

            可見,利用科學數據分析預報天氣、預測氣候是一件非常復雜的事情。所以開頭以“夏季溫度高”,就“預測”出冬季是冷冬或暖冬的說法,與其說是“預測”,不如說是“謠言”。

            05

            說到底

            今年冬天到底氣溫如何?

            其實,近日中國氣象局國家氣候中心已經對今年冬季氣溫情況提出了預測意見:今年冬季全國大部氣溫將接近常年同期或偏高,氣溫變化的階段性特征明顯,前冬偏暖,后冬偏冷。所以既不算是冷冬,也不算是暖冬。

            根據國家氣候中心的預測意見,今年冬季我國各地區氣溫情況如下:

            內蒙古東部和西部、東北北部、華南大部、西南東南部、西北中東部氣溫較常年同期偏低,其中內蒙古東北部、黑龍江、陜西西部、甘肅中部和東部、青海東北部和寧夏等地偏低 1~2℃;

            全國其余地區氣溫接近常年同期到偏高,其中上海、江蘇、浙江、安徽、江西東北部、山東、河南東部、湖北東北部等地偏高 1~2℃。

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            2022年12月至2023年2月平均氣溫距平預報圖,圖片來源:國家氣候中心

            冬季氣溫變化的階段性特征明顯

            2022 年 12 月至 2023 年 1 月中旬,影響我國的冷空氣強度較弱,全國大部分地區氣溫較常年同期偏高;

            2023 年 1 月下旬至 2 月,冷空氣強度逐漸加強,內蒙古大部、東北大部、華北北部、華中、華南西部、西南東部和北部、西北大部氣溫較常年同期偏低。就連國家氣候中心對今年冬季氣溫情況都只是提出了“預測意見”,可見氣候預測的不確定性有多么大。

            對于“冷冬”、“暖冬”,還是“又冷又暖冬”這種答案簡單的問題,隨便猜猜都有很大概率猜對,但比起結果,科學預報天氣、預測氣候的過程才是更為重要的。

            作者|張濤 中央氣象臺(國家氣象中心)首席預報員

            審核|魏科 中國科學院大氣物理研究所 副研究員




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