淺談氣象預報的不確定性及預報方法的改進

任麗娟

摘要：隨著現代計算機信息技術的日益成熟，對我國天氣氣象預報發揮了重要的作用。盡管如此，就目前氣象局對天氣預報的準確性來看，仍有不準確的時候。因此本文講究氣象預報的不確定性及其如何進行預報方法的改進展開了分析探討，為提升天氣預報的準確性提供了一些參考依據。

關鍵詞：天氣預報；不確定性；預報方法

Improved forecasting uncertainties and methods of weather forecasting

Ren Lijuan Kalpin county Aksu Prefecture， Xinjiang Meteorological Bureau

Abstract： With modern computer information technology has become more sophisticated， our weather forecast weather played an important role. Nevertheless， the current Bureau of Meteorology weather forecast accuracy point of view， there is still no exact time. Therefore， this article pay attention to weather forecasts to predict uncertainty and how to improve the methods to expand the analysis to explore， to enhance the accuracy of weather forecasts provide some reference.

Keywords： Weather； uncertainty； prediction method

針對大氣的當前狀況和其發展過程，此外依據歷史過程中有關領域的記錄，通過深入淺出的形式來分析氣象記錄預報的制作形式的發展歷史變化，簡單概括了目前氣象預報的水準和有關學術探究的成果。當然，在天氣預報中因為數值等相關問題也會帶來一些預報的不準確性。基于此，本文就氣象預報中存在的不確定性及如何改進氣象預報的方法展開了分析探討，論述中，文章通過天氣預報出現不確定性的表現，存在哪些問題，如何解決等研究思路進行了系統分析，最后提出了解決之策，為提升氣象預報的準確性做出了一些有益的研究工作。

一、天氣預報概述

一般情況下，氣象預報主要包括天氣和氣候方面的預測，根據其時期長短重點劃分為三類：中期天氣預報，通常在廣播與電視上播出的大部分都是中短期的天意預報，通常情況下預測期限都介于3到15天；短時間內的天氣預報通常情況下都介于1到2天；短時間內的天氣預報通常情況下都是十二個小時以內。期限超過一個月，在一年以內的都叫做長期天氣預報。伴隨氣象的科學研究的不斷深入，天氣預報的有效期有一定的標準范圍，通常情況下預測期限超過一個月的叫做氣候預測，因而當前階段改稱作短期氣候預測。

二、氣象預報的預報方法

1.單站預報

因為通訊能力的限制，目前實施天氣預報大部分都是利用分析地面風地和地面氣壓，輔以溫濕度的方式，通過時間演變圖來分析預測氣象，（因為氣壓變化和氣象變化聯系緊密，近些年選擇的晴雨表即是仿照氣壓計制作的）。與簡單的氣象預報對比，單站預報更符合科學原理，其整體流程的依據便是本單位采集的數據，其主要科學依據是氣象變化規律，群眾經驗是輔助的重要線索。

2.天氣圖預報

大氣是全球領域內不斷變化的動態體系，要對其整體規律有一個科學的認知，就需要從地面和高空采集氣象信息。因此，天氣圖的產生在預測氣象變化的科學歷史上具有里程碑的意義、它將分布于各個區域的氣象變化信息充分的才記起來，進而讓人們從原本的“坐井觀天”逐步做到“放眼世界，并發展為氣象預測機構進行氣象分析預測的重要工具。

三、氣象預報過程中出現的不確定性及表現

1.氣象預報出現的誤差類型

（1）初始誤差。針對數值預報而言，模式初值的質量就具有非常重要的意義。由于客觀存在的諸多影響要素，模式的基礎條件僅僅是氣象真實狀況的模擬值，因而其誤差是必然存在的。重點決定于觀測技術的準確性、技術水準，和所運用的設備的精密度以及外部環境的影響等，例如氣象站的觀測誤差。此外，在運用氣象文星進行大氣現象分析觀測時，由于大氣對于光的散射導致接受的反射光和太空采集的信息具有一定誤差，通過直接觀測的紅外輻射數據所推算出的大氣和地面溫差也具有誤差。再利用氣象雷達進行大氣觀測的過程中，依照降水規模和雷達探測回波的數據推算降水量也會產生誤差，特別是遠距離進行氣象探測時的誤差就會更明顯。

（2）模式誤差。模式對于物理、動力流程的表述不精準而造成的偏差。例如，氣象變化中的湍流現象，在模擬中小尺度體系中的生消變化是無法進行精準預測的。由于大氣是不斷變化的介質，不管模式精準度多高，必然會存在部分低于網格局尺度的變化難以在系統內準確體現，該變化流程也叫做次網格過程。對于空氣流動、陽光輻射、雨露凝結等氣象觀測推算的過程都涉及到這一變化。在模式中一般采取“參數化”形式來去除此類流程的負面作用，也就是通過平均過程將次網格的動力流程和物理流程體現出超過網格尺度的平均影響。此類描述與實際的次網格流程之間的誤差就作為外部影響的主要誤差因素。

2氣象預報存在不確定性的表現

從科學的角度來看，對于這些不確定因素的分析其主要意義表現在三個方面：一是具有一定的社會經濟價值；二是具有科學有效性；三是確保天氣預報的用戶認可。我們在生活中不難發現，其實氣象預報或多或少的會與實際情況存在一定的偏差，因此，我們在進行某一項確定性的氣象預報時有必要同時發布相關的不確定性，以免用戶對氣象預報的信任程度受到影響。用戶得到更多更全面的信息之后，對于氣象預報發生的偏差也能夠以一種理解的心態去接受，至少用戶也可以通過氣象預報了解未來發生預報情況的概率值。結合目前在該領域的研究現狀，美國科學院針對氣象預報中的影響因素對于未來的發展趨向進行了劃分，具體內容如下：

第一，對于大氣圈自身的一些不確定因素進行必要的發布。通過把這些不確定因素與用戶共享，一方面為用戶提供更加全面的氣象信息，另一方面也讓用戶體會到分析這些不確定因素的重要意義。當然通過這樣的方式向大家發布氣象預報，對于氣象預測領域內的專業知識還需要對用戶進行普及。

第二，針對這種全新的氣象預報形式，運用之前需要對用戶的真實需求進行調查。因為個體的差異性，對于氣象預報各方面不確定因素的需求也必然會存在差異，甚至我們首先需要考慮如何向用戶闡述這種不確定性，如何讓他們接受這一客觀事實。

第三，在確定不確定因素時應該保持客觀和科學。對于不確定因素的分析和評估本身就是一門科學。不確定因素的評估原則也并非千篇一律，根據預測空間、預測對象、數據統計模型的不同，側重點也有所不同。除此之外，對于這些不確定因素有必要進行重復性的校驗。

第四，針對這些不確定因素，積極的與用戶進行全面的交流。交流的領域也是多方面的，可以是日常的天氣預報，也可以是災害氣象預報。通過這種交流讓用戶真正的參與到產品的設計之中，增加用戶體驗效果，為這種全新的預報方式的設計、編排以及推廣提供寶貴建議。

四、氣象預報不確定性的方法改進及對策

由于水溫預測自身就具有較強的不確定性，此類不確定性的預測可以為相關用于提供一定參考，因而其預測的不準確就逐步作為公布完整預報的構成部分。因為預報階段內會產生重要的或難以規避的誤差，因而當進行特定的重要氣象水文預測時，若沒有科學的公布其不準確性，就可能會產生信任危機。若讓用戶了解可能產生的誤差變化范圍，就能夠維持對預測機構的信任程度，此外概率預測也能夠為產生的實際變化提供參考。

第一，要求全行業的一致性。對于氣象預報所存在的客觀的不確定因素，整個行業有必要提供闡釋這些不確定性的相關服務， NWS作為該領域權威，更應該起到引導作用。

第二，在新產品中注入更多的前沿技術這也是進行產品研發的客觀需求。在新產品的研發之初，NOAH就應當在整個行業內尋求更加廣泛的合作，以前沿的科技力量為依托，優化新產品的研發過程。

第三，面對氣象預報存在不確定因素這一現實，有針對性的進行相關內容的普及和培訓。就拿颶風線路的預測來講，我們能給出的只能是一個確定的路線，然而事實卻不然，通過概率預測我們給出一個大概的范圍，從客觀上講，這才是最為合理的預報方式。由此可知，在氣象預報過程中提供更多更全面的不確定信息這是行業發展的客觀需要，只有整個行業能夠進行全面的知識普及，才能推進整個行業發展，預報形式上也能夠推陳出新。知識的普及和培訓對象主要有三個方面內容：1、在氣象預報的教學中，應該更加注重對預報過程中這些不確定因素的講解，并適時的對這些因素進行發布；2、應該讓播報人員更多的接觸到氣象預報領域的專業工具和前沿技術；3、加強與用戶之間的交流，讓他們能夠更深層次的理解這些不確定因素，久而久之用戶可以通過發布的不確定信息給出自己的判斷。

第四，不斷深入集合預報的研究，讓這種方式得到更廣泛的推廣。NOAA需要繼續保持行業優勢，不斷加強不確定信息的獲取能力，尤其是從全球范圍到某片區域的信息獲取能力。

第五，不確定因素相關信息的獲取應該更加的廣泛。不斷的完善在整個行業內的原始數據的調用和最終產品的共享，以此保證不確定信息的來源更加的多樣化，無論是NWS還是用戶都能夠輕松的得到必要的信息。

第六，不斷拓展校驗信息的獲取途徑。對于這些最終發布的帶有不確定信息的產品需要進行反復校驗，并且確保這些數據能夠讓用戶及時的獲得。在校驗過程中，我們需要檢驗的對象的復雜程度主要是通過檢驗的量度和方法來體現的。對于最終產品的檢驗主要是以具有現實意義的預報子集為依據，利用對應的數據模型進行校驗，最后以通俗易懂的語言展現出用戶。在播報過程中也需要把校驗的相關資料提供給用戶，以便為用戶在進行判斷提供參考，具體資料有：檢驗模式自動生成的預測結果、客觀性的預測結果、校驗過程中的觀查記錄等。

第七，選取合適的發布平臺，進行不確定信息氣象預報的試驗發布。NOAA應該充分調動整個行業的積極性，為不確定信息氣象預報的研發、發布、使用出謀劃策，創新思路，提高整個行業的有效性。在新產品的研發和使用過程中，應該充分的發揮NWS的協調作用，整合整個行業的有效資源，推動新產品的誕生和行業的發展。

此外，在大部分水文氣象預測中誤差性公布的缺少也存在一定的倫理爭議。行業在位用戶提供超過七天以上的氣象水文預測時，本應公布技術并未滿足實際要求，是有違科學準確性的，即便在水文氣象預測本身存在的誤差無法規避、必然存在，都可能造成迷惑性的社會影響，也和當前的科學已知狀態（認可預測具有一定的不準確性）不相符。相對來說，在醫學方面就存在很多治療方案治愈幾率的預測數據，因此需要像《晴天》里提出的那樣，NWS作為目前為氣象預測設定標準的合法機構。需要“在這些方法被認為更具科學實效性的數據和預報中改進發布不確定性的概率方法。”

結束語

當前階段，大期預測正向多層次多角度的趨勢發展，地面預測的相關技術也在不斷完善和發展，而地面觀測逐漸達成了自動一體化和高廣度覆蓋，高空預測正逐漸引入更發達的遙感技術。總之，獲取不確定信息手段趨于多樣化，對新的產品形式的研究和理解不斷深入，用戶和播報人員對不確定信息播報的認知程度越來越深刻，再加上信息發布平臺的不斷完善，我們有理由堅信人們面對這種氣象預報固有的不確定性所帶來的挑戰也會愈發的從容。

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