今年，我國經(jīng)歷了 1961 年以來最熱的一個(gè)夏季，在這樣一個(gè)歷史最熱夏季后，網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)了兩種對于今年冬季氣溫的預(yù)測：
預(yù)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(gè)冷冬；
預(yù)測二：今年夏天的熱浪，會延續(xù)到冬天，所以會是一個(gè)暖冬。
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那么這兩個(gè)預(yù)測到底哪個(gè)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(yù)測，該如何進(jìn)行氣候預(yù)測，以及氣候預(yù)測的局限性。
01
氣候該怎么預(yù)測？
發(fā)布自中國氣象局發(fā)布的天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測，是我國最權(quán)威的科學(xué)預(yù)報(bào)和預(yù)測，各大高校、研究院所和各大部委、企業(yè)等也有氣象學(xué)專業(yè)的人員從事著基于科學(xué)的預(yù)測工作。
基于科學(xué)預(yù)測天氣的過程和原理很復(fù)雜，不僅僅涉及到地球大氣的物理化學(xué)，還涉及到會影響大氣的那些因素的物理化學(xué)，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(xué)性質(zhì)的手段，比如機(jī)械、電子、通信以及計(jì)算機(jī)科學(xué)等等，當(dāng)今的天氣預(yù)報(bào)是人類在所有這些領(lǐng)域的科學(xué)和技術(shù)發(fā)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?zé)彷椛?、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(huán)流：副熱帶高壓、西伯利亞冷高壓等等，這些都是大氣環(huán)流中的天氣系統(tǒng)，它們會間接影響氣溫；
大氣系統(tǒng)以外的因子：拉尼娜、青藏高原積雪等氣候系統(tǒng)的外強(qiáng)迫因子，通過長期積累的慢變效果會影響大氣環(huán)流，間接影響氣溫。所以氣溫和氣候預(yù)測是一個(gè)很復(fù)雜的事情，無法僅憑單一因素就能推斷未來氣候走向。
02
現(xiàn)代科學(xué)天氣預(yù)報(bào)
預(yù)報(bào)天氣自古有之，但是基于現(xiàn)代氣象科學(xué)預(yù)報(bào)天氣的歷史很短短，不過一百多年。而以數(shù)值天氣預(yù)報(bào)為標(biāo)志的更加準(zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)歷史，不過幾十年時(shí)間而已?，F(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的科學(xué)原理和技術(shù)手段，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)地方。
1. 定義天氣
風(fēng)云雨雪等天氣現(xiàn)象是在地球?qū)α鲗又挟a(chǎn)生的，主要是對流層大氣的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生各種復(fù)雜變化的結(jié)果。想預(yù)報(bào)天氣就先要了解它，這就先要對大氣的各種屬性進(jìn)行觀測或者說探測。大氣的屬性很多很復(fù)雜，比較重要的有空氣質(zhì)量（密度或氣壓）、內(nèi)能量（溫度）、移動（風(fēng)場）和空氣中所含的水汽量（濕度）等，只有對這些屬性有科學(xué)的測量，才能對天氣有更準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)。
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2. 認(rèn)識規(guī)律
有了對大氣屬性的描述和觀測結(jié)果之后，通過科學(xué)分析就會發(fā)現(xiàn)大氣的各種屬性在時(shí)空尺度都具有一些特征，這就是大氣環(huán)流。大氣環(huán)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(huán)流的特征。
用來描述大氣屬性的 500hPa 等壓面天氣圖
至于大氣環(huán)流如何決定了天氣，大氣環(huán)流又是如何形成和變化？這些都需要遵守物理規(guī)律，經(jīng)過幾百年的努力，氣象科學(xué)逐漸將這其中的各個(gè)環(huán)節(jié)和各種因果關(guān)聯(lián)搞清楚了一個(gè)大概。是的，只是一個(gè)大概的近似了解，因?yàn)槠渲?strong>涉及了無可避免的大量的簡化，比如認(rèn)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(jì)算大氣環(huán)流的未來變化
科學(xué)了解了大氣屬性到天氣的方方面面，然后對其未來變化進(jìn)行計(jì)算模擬。這在過去，主要是靠預(yù)報(bào)員的科學(xué)認(rèn)識和經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)代，就是依靠數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。
數(shù)值天氣預(yù)報(bào)就是利用高性能計(jì)算機(jī)，將當(dāng)前的大氣狀態(tài)輸入一個(gè)能夠描述大氣運(yùn)行規(guī)律的數(shù)學(xué)物理方程組，然后求解未來的大氣狀態(tài)，得到大氣的各種物理要素，比如風(fēng)、氣壓、溫度、濕度等，進(jìn)而推算出各種天氣現(xiàn)象，比如雨雪、能見度、天空云量等。
中國氣象局?jǐn)?shù)值預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)系統(tǒng)概況
03
現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的能力局限
在經(jīng)歷了幾百年的努力后，現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的能力依然有局限性，很直觀的就表現(xiàn)在我們的手機(jī)天氣 App 的最長時(shí)間的天氣預(yù)報(bào)一般只有 15 天。而且你會發(fā)現(xiàn)今天看的第 15 天的天氣，和等第 15 天真正到來時(shí)的天氣可能會有很大不同。
這便是現(xiàn)代天氣預(yù)報(bào)的局限了。
由于在天氣預(yù)報(bào)計(jì)算時(shí)輸入的數(shù)據(jù)是近似的、也進(jìn)行了近似處理、還存在無法消除的誤差，以及利用客觀預(yù)報(bào)方法（AI也是其中之一）和主觀預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)對數(shù)值預(yù)報(bào)輸出結(jié)果再加工，所以最終得出的天氣預(yù)報(bào)結(jié)果都只是對未來的近似模擬，不可能完全準(zhǔn)確。并且這種近似模擬會隨著預(yù)報(bào)需求的精細(xì)程度增強(qiáng)而加大，也會隨著預(yù)報(bào)時(shí)效的拉長而變大。
這樣的預(yù)報(bào)體系就造成了天氣預(yù)報(bào)是存在時(shí)效性的，并且無法做到精準(zhǔn)的定時(shí)定點(diǎn)定量預(yù)報(bào)，只能夠進(jìn)行大致時(shí)間、地理范圍的預(yù)報(bào)，大體上來說：3 天內(nèi)基本可靠，10 天內(nèi)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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04
天氣預(yù)報(bào)與氣候預(yù)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(fā)布的季節(jié)“天氣”預(yù)測是怎么回事呢？
實(shí)際上，公眾所理解的“天氣”，在氣象科學(xué)領(lǐng)域分為兩種情況：天氣和氣候，它們相互聯(lián)系又有所不同，可以從下面三點(diǎn)來感受一下：
從外在表現(xiàn)形式上來說：天氣是某時(shí)某刻大氣狀況以及其短時(shí)間演變后的瞬時(shí)結(jié)果；氣候則是指一段時(shí)間內(nèi)的平均大氣狀況以及經(jīng)歷了較長時(shí)間演變后的平均結(jié)果；
從信息獲取或者表達(dá)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(jì)算的結(jié)果；
舉例來說：天氣是某天是否刮風(fēng)下雨溫度有幾度，氣候是在一段時(shí)間之內(nèi)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(shí)際上是不可能預(yù)報(bào)的，但是氣候狀態(tài)是有可能預(yù)測的。
舉個(gè)例子，比如我們假設(shè)在 8 月就能百分之百的準(zhǔn)確預(yù)測 10 月的氣候狀態(tài)，事先知道了下面這一張 10 月氣溫距離平均狀況偏差的實(shí)況，發(fā)現(xiàn)除華北和東北地區(qū)氣溫變化不大外，其他地區(qū)的氣溫都會有所偏高。
2022 年 10 月氣溫距平實(shí)況
但即便如此，我們也依然無法預(yù)料河南、湖北、安徽等地會在十一期間會經(jīng)歷那樣一次罕見的寒潮降溫過程。
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(yù)測這樣的快變化過程時(shí)，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(shí)間的比如幾個(gè)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(qū)域的海溫之外，同樣會對大氣環(huán)流長期狀態(tài)產(chǎn)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(huán)流，進(jìn)而影響氣候。
牛群放屁產(chǎn)生的甲烷會對氣候產(chǎn)生影響。圖庫版權(quán)圖片，不授權(quán)轉(zhuǎn)載
而且就算不考慮所有這些所謂大氣的“外強(qiáng)迫”因子，只是考慮已經(jīng)在運(yùn)轉(zhuǎn)的大氣環(huán)流自身的動態(tài)演變的，也是非常復(fù)雜的。這就導(dǎo)致了氣候預(yù)測的難度更高于天氣預(yù)報(bào)，其不確定性更大于天氣預(yù)報(bào)。
可見，利用科學(xué)數(shù)據(jù)分析預(yù)報(bào)天氣、預(yù)測氣候是一件非常復(fù)雜的事情。所以開頭以“夏季溫度高”，就“預(yù)測”出冬季是冷冬或暖冬的說法，與其說是“預(yù)測”，不如說是“謠言”。
05
說到底
今年冬天到底氣溫如何？
其實(shí)，近日中國氣象局國家氣候中心已經(jīng)對今年冬季氣溫情況提出了預(yù)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(jù)國家氣候中心的預(yù)測意見，今年冬季我國各地區(qū)氣溫情況如下：
內(nèi)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(nèi)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(qū)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℃。
2022年12月至2023年2月平均氣溫距平預(yù)報(bào)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(qiáng)度較弱，全國大部分地區(qū)氣溫較常年同期偏高；
2023 年 1 月下旬至 2 月，冷空氣強(qiáng)度逐漸加強(qiáng)，內(nèi)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(yù)測意見”，可見氣候預(yù)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(jié)果，科學(xué)預(yù)報(bào)天氣、預(yù)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(yù)報(bào)員
審核｜魏科 中國科學(xué)院大氣物理研究所 副研究員
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2022-11-14
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