关于我省短期气候预测业务技术发展的若干思考

戴熙敏
（江西省气象局，江西南昌 330046)

　　摘　要：阐述了为极大限度地满足决策、指导和专业３类服务需求，应进一步丰富短期气候预测产品内容，完善产品形式；在揭示分清主要因子和次要因子及其配置是异常气候事件成因诊断重要方法的基础上，提出了我省短期气候预测业务技术发展的基本思路。
　　关键词：气候　预测　技术　思考
    中图分类号：P451　　文献标识码：B　　文章编号：1007－9033（2004）01－0026－03

　　社会、政治、经济对气候分析、诊断、评价和预测产品，特别是对短期气候预测产品的需求在急速增长，要求也越来越高，气候工作的重要性日益得到提高。“九五”重中之重项目的成果，无论是气候分析理论，还是气候业务系统建设，都取得了很多很好的成果。这为省、市、区级气候业务发展奠定了理论和实践基础。目前，高层领导已经把气候产品作为决策依据，气候业务将进入快速发展阶段。
１进一步丰富和完善气候预测产品
    省环境预报中心短期气候预测产品面向３类不同的服务对象，其服务产品的形式和内容也不同。一是省委省政府及有关厅局的决策服务，要求定量与定性相结合，文字与图形相结合，肯定性与概率性相结合；二是面向市、县气象台的内部服务，要求定量与定性相结合，点与面相结合，一个结论与多个结论相结合，肯定性与概率性相结合，图文表相结合；三是面向专业用户的服务，要求定量与定性相结合，共同性与个性化相结合，预测结论与服务建议相结合。
    随着业务技术体制改革的不断深入，基本业务必将向规模化、规范化、集约化方向发展，市县２级气象部门对省级的短期气候预测指导产品解释应用这一业务环节也必将取消，省级的短期气候预测指导业务也不复存在。省级气象部门将直接面对３类服务对象,精细加工制作全省定点定量的短期气候预测产品，以满足３类服务对象越来越高的需求，而现有的产品形式和内容远远满足不了各方的基本要求。因此，必须在产品的形式和内容上下大力气。
１.1　丰富产品内容
    以前短期气候预测产品主要是降水、气温距平的预测，用户对实际预测值并不十分清楚，因此有必要增加要素值的预测。为适应社会需求，可增加盛夏高温、秋季连阴雨、冬季冻害等专题预测服务产品。为了便于用户理解和比较，可增加一些定量或定性的气候要素延伸预测服务产品，如主汛期流域洪涝指数预测、伏旱和秋旱指数预测，以及这些指数在历史上排位情况等。根据需要，气候预测产品还可包括实时气候情报以及实时气候事件诊断、影响（特别是后期潜在影响）评价和服务建议等。
１.2　完善产品形式
    以前我省的短期气候预测产品主要有分片、文字和距平等值线等形式，2000年增加到22个代表站的表格产品，这样很难满足决策服务和市、县气象台站的需要，我们必须在图文表形式上进一步完善，从而使预报结论一目了然，以方便３类用户使用。
　　（１）完善文字产品。文字产品主要是指出定性的预测结论和预测依据（主导因素、主要因子和基本因子）。措词要简明扼要，灵活多样，不拘一格。有时在阐述主要预测意见后，还可以阐述第二种意见，这样有利于理解，便于开展服务。
　　（２）完善表格产品。表格产品要扩充到全省所有站点（87站）、各设区市和各主要流域，表格上既要有要素预测值，又要有要素距平预测值。这样可减少台站细化、插值工作，以达到业务集约化的目的。
　　（３）完善图形产品。要素及其距平值预测图形产品，既要有站点式又要有格点式，既要有等值线又要有色斑，以直观明了。
２　异常气候事件诊断
    气候预测主要是预测１个或多个气候要素的异常情况，因此气候状态诊断和异常气候事件成因诊断是气候预测的基础工作。
２.１　气候状态诊断
    气候状态诊断包括２个方面：一是气候事件异常情况定量诊断，历史上排位及出现的概率；二是在气候资料序列中，这种异常气候事件的变化规律性诊断。这样可掌握气候要素的历史变化及前期气候状态，有助于定性或定量地预测气候要素或气候状态确定值或历史排位。
２.2　异常气候事件成因诊断
    影响异常气候事件发生的因素错综复杂，很多年份里很难分清楚主要影响因子和次要影响因子。如1998年汛期特大洪涝，强厄尔尼诺现象是主要因子，高原积雪等因子是次要因子；而把拉尼娜现象作为主要因子预测“1999年汛期降水偏少，没有明显洪涝”就错了。影响1999年大水的主要因子不是拉尼娜现象，有人说副高脊线太偏北、西脊点太偏东是1999年大水的主要影响因子。从天气学角度来说，这是直接影响因子；从气候角度来说，是否1931～1932年、1954～1955年、1998～1999年准22 a周期的姊妹大水年这种周期性是主导因素呢，没有进行成因诊断，也还是难下定论。如果糊里糊涂错了，对1999大水年也不进行成因诊断，在业务工作中再出现类似情况仍然会错报。因此，异常气候事件成因诊断是短期气候预测工作中必不可少的重要环节。对我们江西省来说，汛期洪涝、伏旱和秋旱、冬季冷暖干湿成因诊断是要首先开展研究。
    成因诊断一是要诊断哪些是主要因子（如强信号），哪些是次要因子；二是要诊断出主、次因子影响异常气候发生的物理过程（概念模型）。成因诊断还要注意２点：一是要尽可能考虑多方面的影响因素，如地球以外的影响因子（太阳的热力运动，日月及有关天体的周期性动力运动），地球上大气系统以外的影响因子（海温变化、洋流变化、火山活动、地表植被变化等），大气系统内的影响因子（季风活动、冷空气活动，还有大气环流中的副高、印缅槽、西风带、阻高、极地冷涡等几个关键系统的变化），本地气候要素前期变化（气压、气温、地温、辐射平衡、风等）。二是要尽可能使用现代数学工具（如小波分析、相空间理论、混沌理论等）和现代动力气候理论成果。
３　拓宽短期气候预测的思路和方法
    从我省近几十年的短期气候预测研究与业务来看，主要是采用经验统计、相似分析及其它数理统计方法，如建立回归方程、点聚图等。近年来开始寻找一些有物理意义的因子，建立有物理过程的预测模型，如归纳海温、高原积雪、西南季风、阻塞高压和副高五大因子而建立的汛期洪涝短期气候预测概念模型。这一模型成功地预测了1998年的大水，但1999年却失败了。正如前面所说，1998年抓住了主导影响因素，而1999年没有抓住主导因素。总结成功的经验与失败的教训，我们应该拓宽短期气候预测思路和方法。
３.1　力求预测因子主次分明
    在过去的短期气候预测研究与业务中，有些是因为影响气候变化的原因太复杂，而气候分析预测理论又不成熟所致，而更多情况是因为影响因子主次分不清而预测失败的。因此我们无论是在异常气候历史事件的成因诊断，还是在短期气候预测中，必须尽可能分清主要因子和次要因子２个层次，这样就容易抓住事物的主要矛盾，认清事物的本质，从而提高短期气候预测的准确率和产品的可用性。
３.2　从数理统计转向动力统计
    由于气候资料样本数少，资料较全的是1969年才开始，只有30多个样本，而且样本分布的正态性较差，往往呈偏态分布。因此在数理统计特别是回归分析中，其准确率水平较低。有时虽然拟合率高，但预测质量不稳定，预测效果不好，异常气候事件（如1998年特大洪涝）用数理统计方法几乎不可能预测出来。我们认为在气候事件成因诊断的基础上，使用动力模式产品进行动力统计解释应用效果会更好。这里也不是完全否定数理统计的作用，可以通过数理统计（如相关分析）初选相关性好的因子，再筛选出物理意义清晰的因子，为动力统计释用和建立预测概念模型提供思路。随着气象观测时空尺度加密、计算机技术和气候理论的发展，动力气候模式产品的准确率也将逐渐提高，因而动力统计释用的前景将越来越乐观。
３.３　拓宽预测因子范围
    气候系统是个开放系统。气候变化不仅由大气系统自身运动来决定，而且还随海洋、陆地状态而变化；影响因子不仅来自地球本身，而且来自太阳、月亮等天体的热力和动力变化。因此我们一要分析地球以外的影响因子，如太阳的热力运动，日月及有关天体的周期性引潮力作用；二要分析地球上大气系统以外的影响因子，如海温变化、洋流（包括盐度）变化、火山活动、地表植被变化等；三要分析大气系统内的影响因子，如季风活动、冷空气活动，还有大气环流副高、印缅槽、西风带、阻高、极地冷涡等几个关键系统的变化；四要分析本地气候要素前期变化，如气压、气温、地温、辐射平衡、风等。
３.4 建立多种预测概念模型
    近几年建立和应用的预测概念模型比数理统计效果好，因此我们可以建立更多的预测概念模型。根据成因诊断结果，以主要因子为强信号，归纳出相应的主要因子和基本因子配置，综合成预测概念模型。１个主要因子可以建立１个或多个预测概念模型，多个主要因子就可以建立多个概念模型。原则上每个概念模型可以漏报，但不能空报或很少空报。以汛期降水为例，可以建立多雨的预测概念模型，还可以建立少雨的预测概念模型。多雨的预测概念模型只能说这个模型是否能得出多雨的结论，少雨的预测概念模型只能说这个模型是否能得出少雨的结论。
３.5　使用现代数学理论和动力气候理论
    气候分析与预测业务经过了从无到有，从物候分析到相似分析，到９０年代气候研究已经形成了热点。气象学家使用了很多现代数学工具（如小波分析、相空间理论、混沌理论等），动力气候理论也取得了很多成果。要想在气候分析、诊断与预测工作上取得进展，必须应用现代数学工具和现代动力气候理论。
４　结语
    （1）短期气候预测产品内容的丰富与形式的完善是为了最大限度地满足３类服务对象的需要,应提高产品质量,增强产品的适用性，同时方便市县气象台站应用，以达到业务集约化目的。
    （2）异常气候事件成因诊断是气候分析与预测工作中必须的；在气候分析、诊断、预测中，应该分析影响气候变化的主要因子和次要因子；应用现代数学工具和现代动力气候理论，是提高我省短期气候预测技术水平的重要途径。

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收稿日期：2003年11月12日
第一作者简介：戴熙敏（1960-），男，高级工程师，主要从事气象业务管理工作。