3天的雨说不清，30年的气候能算准？气候预估为何天气预报靠谱？

【导语】当今，质疑气候预测科学性的声音屡现，诸如“连三天后的天气都预报不准，怎么可能预测几十年后的气候”。其实，这种(zhǒng)质(zhì)疑(yí)源(yuán)于(yú)对(duì)天(tiān)气(qì)与(yǔ)气(qì)候(hou)预(yù)测(cè)方(fāng)法(fǎ)论(lùn)的(de)误(wù)解(jiě)。天(tiān)气(qì)预(yù)报(bào)与(yǔ)气(qì)候(hou)预(yù)测(cè)在(zài)目(mù)标(biāo)、原(yuán)理(lǐ)等(děng)方(fāng)面(miàn)差(chà)异(yì)显(xiǎn)著(zhe)，气(qì)候(hou)预(yù)测(cè)在(zài)把(bǎ)握(wò)长(zhǎng)期(qī)趋(qū)势(shì)上(shàng)能(néng)力(lì)强(qiáng)大(dà)，对(duì)人(rén)类(lèi)应(yīng)对(duì)气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)意(yì)义(yì)重(zhòng)大(dà)。理(lǐ)解(jiě)其(qí)价(jià)值(zhí)，才(cái)能(néng)让(ràng)我(wǒ)们(men)更(gèng)好(hǎo)应(yīng)对(duì)气(qì)候(hou)变(biàn)化(huà)。

图(tú)虫(chóng)创(chuàng)意(yì)

在(zài)当今全球气候变化备受关注的背景下，有关气候预测的科学性与可靠性时常受到质疑。其中，“连三天后的天气都预报不准，怎么可能预测几十年后的气候”这类说法屡见不鲜。

这一质疑虽看似合理，实则源于对天气与气候预测方法论的根本性误解。

首先我们来看“天气预报不准”的问题。在社交媒体和日常闲谈中，这种质疑气候预测能力的观点颇具市场。有人会分享自己某次因天气预报不准而遭遇的狼狈经历，如预报晴天却突遭暴雨，继而对气候预测嗤之以鼻；在自媒体时代，这样的经历和看法又被放大，成为“天气预报不准”的证据。在调侃排名榜上，天气预报不准几乎仅次于中国男足。

其实天气预报的准确性还是不错的。其进展被称为“一场静悄悄的革命”(Bauer et al., 2015)，尤其在大尺度重要天气过程的预报方面，目前的天气预报和预警几乎就没漏掉任何一个。例如，对于台风路径和寒潮、暴雪等大范围的冷空气活动预报，都能提前几天发布预报和预警。这主要得益于气象卫星、雷达等观测技术的发展提供了更精准的气象数据，另外超级计算机快速发展提供的充沛算力，使得天气预报模型不断升级与提高。

之所以有人感觉预报不准，主要有两个原因:

1）天气预报是不断滚动的，越接近的预报和预警越准确，很多人觉得不准是参考了几天前的预报；

2）目前小尺度和短时间尺度的强降雨、雷暴、龙卷、冰雹等天气现象的预报难度确实大，像“东边日出西边雨”这种小天气等的预报，相当于预报一锅水开的时候第一个泡泡在哪里冒，预报的时效性很短，很多只能提前十几分钟到半个多小时，需要公众时刻关注预警。因此，气象部门一般会对一个更大的区域发布预警，不去预告第一个泡泡在哪里和最大的泡泡在哪儿，而是提前预报“一锅水要开”，提醒大家注意“局部地区”的极端事件，到天气现象发生前再具体发布落区预警。所以很多人感觉预报不准是因为确实不处于“第一个泡泡”和“最大的泡泡”的区域，另外，气象部门预报的是“一锅水”，而不是“泡泡”，这也是感受不同的来源。

再回到天气预报和气候预测的问题。首先我们需要了解天气“天气”与“气候”的根本差异。天气就像人的情绪，时而晴空万里如兴(xìng)高(gāo)采烈(liè)，时(shí)而(ér)电(diàn)闪(shǎn)雷(léi)鸣(míng)似(shì)怒(nù)火(huǒ)中(zhōng)烧(shāo)，可(kě)能(néng)在(zài)短(duǎn)短(duǎn)几(jǐ)小(xiǎo)时(shí)内(nèi)发(fā)生(shēng)剧(jù)变(biàn)。它(tā)涉(shè)及(jí)未(wèi)来(lái)几(jǐ)小(xiǎo)时(shí)到(dào)几(jǐ)天(tiān)内(nèi)大(dà)气(qì)中(zhōng)具(jù)体(tǐ)的(de)状(zhuàng)态(tài)，例(lì)如(rú)某(mǒu)地(de)明(míng)天(tiān)几(jǐ)点(diǎn)会(huì)下(xià)雨(yǔ)、雨(yǔ)量(liàng)多大、风速几级等细节。而气候则是长期的平均状态，通常计算30 年或更长时间的平均状态。如同一个人的性格，相对稳定且可预测。它反映的是一个地区多年的天气统计特征，比如北京的冬天寒冷干燥、夏天炎热多雨，这种规律是基于几十年甚至上百年的气象数据得出的。预测气候并非关注某一天的天气如何，而是把握整体的变化趋势。

天气预报追求的是对未来几天内具体天气事件的确定性描述，如“明天下雨的概率是 70%”，即便如此，人们仍希望得到绝对肯定的答案，这种高期待使得天气预报稍有偏差就会被放大。气候预测则不同，它强调在给定条件下未来气候状态出现的概率区间，例如“未来 50 年全球平均气温上升 2 - 4 摄氏度的可能性较大”。这种概率性表述反映了气候系统的复杂性和不确定性，但也正因为如此，它才能更科学地反映长期气候变化的趋势，而不是像天气预报那样给出具体的每日细节。

因此，对天气和气候的预测方法也存在本质区别，天气是“精准追踪”，气候是“趋势把握”。天气预报就像追踪一只在空中飞舞的蝴蝶的精确轨迹，需要海量实时数据和超级计算机的复杂运算。它依赖于对当前大气状况的精确测量，哪怕一个微小的初始误差，也可能在几天后导致完全不同的预测结果，这就是所(suǒ)谓(wèi)的(de)“蝴(hú)蝶(dié)效(xiào)应(yīng)”。而(ér)气(qì)候(hou)模(mó)型(xíng)更(gèng)像(xiàng)是(shì)一(yī)位(wèi)洞(dòng)悉(xī)大(dà)局(jú)的(de)战(zhàn)略(è)家(jiā)，它(tā)着(zhe)眼(yǎn)于(yú)长(zhǎng)期(qī)的(de)、影(yǐng)响(xiǎng)气(qì)候(hou)的(de)大(dà)规(guī)模(mó)因(yīn)素(sù)，如(rú)温(wēn)室(shì)气(qì)体(tǐ)浓(nóng)度(dù)、地(de)球(qiú)轨(guǐ)道(dào)变化等。这些因素相对稳定且易于量化，模型通过模拟它们的长期相互作用，来预测未来几十年乃至上百年的平均气候状况，无需纠结于某一次“蝴蝶振翅”。

从数学上来讲，天气是初值问题，气候是边值问题，即天气是根据初始的状态预报未来，而气候是不断有太阳辐射、温室气体变化等，这些的变化作为边条件，决定气候的状态和走势。

因此，现在天气预报和气候预测用同一套大气动力学方程组，甚至用同一个数值模式，但是预报气候只要能界定边条件，就可以对气候的未来走向进行预测。根据目前的知识和数据，判断未来太阳辐射怎么变化，温室气体会如何变化，大气中的气溶胶如何变化，只要能给出这些边条件的变化，就可以准确的预测气候的走势。

有人可能会问：“你说气候模型能预测，那有没有证据呢？” 当然有！我们来看看一些历史案例。

20 世纪 70 年代的气候模型，虽然当时计算机技术还很有限，但已经基于对温室气体与气候关系的基本理解做出了预测(cè)。2019年(nián)，著(zhe)名杂(zá)志(zhì)Science上(shàng)发(fā)了(le)一(yī)篇(piān)文章(zhāng)，标(biāo)题(tí)是(shì)“甚(shén)至(zhì)50岁(suì)的(de)老(lǎo)气(qì)候(hou)模(mó)式(shì)也(yě)准(zhǔn)确(què)地(de)预(yù)测(cè)了(le)全球(qiú)变(biàn)暖(nuǎn)”（Even 50-year-old climate models correctly predicted global warming），科(kē)研(yán)人(rén)员(yuán)检(jiǎn)查(chá)了(le)从(cóng)1970年到2001年期间的14个气候模式的预测结果，发现、众多早期气候模型对全球变暖的预测值与实际观测值惊人地接近，大多数模型预测了自1970年到2010年代的增温（约0.9）(Hausfather et al., 2020)。

即便是那些因计算能力、数据精度限制而略显简陋的模型，在考虑了当时对未来温室气体排放情景的合理假设后，其预测的长期气候趋势与今天的真实气候走向也基本一致。

以1988年当时美国宇航局科学家James Hansen的预测结果为例，其的预计温度的增加与观测温度一致。甚至检查1970年真锅淑郞（Manabe）的模型(Manabe, 1970)和1975年华莱士·布洛克的模型(Broecker, 1975)估算结果，也与实际有很高的匹配度。这说明当时的气候模型尽管在具体的二氧化碳浓度变化等细节上存在偏差，但方向与量级的准确预估展现了气候模型在把握长期趋势上的强大能力，正如一位目光远大的智者，在迷雾中早早勾勒出了气候变化的轮廓。

气候预测的准确性对于我们应对气候变化、制定长远发展策略意义重大。在农业生产方面，准确的气候预测可以帮助农民提前知晓未来几十年某一地区的降水趋势、温度变化，从而选择合适的农作物品种、调整种植结构，避免因气候突变导致的粮食减产危机；对于城市管理部门、水利、应急等部门而言，了解全球温度走势，了解极端天气的发生规律，例如未来出现高温超过40摄氏度持续数周的概率是否增加，未来“几天下一年降雨”的极端暴雨是否会出现，有助于我们提前规划城市、大中小河流防洪设施、培训人员等。沿海城市提前了解长期海平面上升趋势，能够及时加固海堤、规划防洪排水系统，保障城市免受未来可能的海水侵袭之苦。从更大的层面看，可靠的气候预测是全球各国协商应对气候变化政策、合理分配减排责任与资源的关键依据，它促使人类在认知到长期气候风险的基础上携手合作，共同守护地球家园。

综上所述，“天气预报不准”和“天有不测风云”并不能成为否定气候预测科学性的理由。二者在预测目标、方法原理以及对不确定性的处理上有着本质区别。下次再听到“天气都预报不准，还能预测气候”这(zhè)种(zhǒng)说(shuō)法(fǎ)时(shí)，你(nǐ)心(xīn)里(lǐ)应(yīng)该(gāi)就(jiù)有(yǒu)数(shù)了(le)，这(zhè)其(qí)实(shí)是(shì)个(gè)误(wù)解(jiě)。理(lǐ)解(jiě)气(qì)候(hou)预(yù)测(cè)的(de)真正价值，才能让我们更好地应对气候变化，为未来做好准备。理解这一点，有助于我们正确看待气候变化问题，更加积极地参与到应对气候变化的行动中来。

本文为·创作培育计划扶持作品

作者：魏科 中国科学院大气物理研究所 研究员

审核：戴云伟 中国气象局 高级工程师

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司