浅谈气象预报的不确定性及预报方法的改进

　　摘要：随着现代计算机信息技术的日益成熟，对我国天气气象预报发挥了重要的作用。尽管如此，就目前气象局对天气预报的准确性来看，仍有不准确的时候。因此本文讲究气象预报的不确定性及其如何进行预报方法的改进展开了分析探讨，为提升天气预报的准确性提供了一些参考依据。

　　关键词：天气预报；不确定性；预报方法

　　针对大气的当前状况和其发展过程，此外依据历史过程中有关领域的记录，通过深入浅出的形式来分析气象记录预报的制作形式的发展历史变化，简单概括了目前气象预报的水准和有关学术探究的成果。当然，在天气预报中因为数值等相关问题也会带来一些预报的不准确性。基于此，本文就气象预报中存在的不确定性及如何改进气象预报的方法展开了分析探讨，论述中，文章通过天气预报出现不确定性的表现，存在哪些问题，如何解决等研究思路进行了系统分析，最后提出了解决之策，为提升气象预报的准确性做出了一些有益的研究工作。

　　一、天气预报概述

　　一般情况下，气象预报主要包括天气和气候方面的预测，根据其时期长短重点划分为三类：中期天气预报，通常在广播与电视上播出的大部分都是中短期的天意预报，通常情况下预测期限都介于3到15天；短时间内的天气预报通常情况下都介于1到2天；短时间内的天气预报通常情况下都是十二个小时以内。期限超过一个月，在一年以内的都叫做长期天气预报。伴随气象的科学研究的不断深入，天气预报的有效期有一定的标准范围，通常情况下预测期限超过一个月的叫做气候预测，因而当前阶段改称作短期气候预测。

　　二、气象预报的预报方法

　　1、单站预报

　　因为通讯能力的限制，目前实施天气预报大部分都是利用分析地面风地和地面气压，辅以温湿度的方式，通过时间演变图来分析预测气象，（因为气压变化和气象变化联系紧密，近些年选择的晴雨表即是仿照气压计制作的）。与简单的气象预报对比，单站预报更符合科学原理，其整体流程的依据便是本单位采集的数据，其主要科学依据是气象变化规律，群众经验是辅助的重要线索。

　　2、天气图预报

　　大气是全球领域内不断变化的动态体系，要对其整体规律有一个科学的认知，就需要从地面和高空采集气象信息。因此，天气图的产生在预测气象变化的科学历史上具有里程碑的意义、它将分布于各个区域的气象变化信息充分的才记起来，进而让人们从原本的“坐井观天”逐步做到“放眼世界，并发展为气象预测机构进行气象分析预测的重要工具。

　　三、气象预报过程中出现的不确定性及表现

　　1、气象预报出现的误差类型

　　（1）初始误差。针对数值预报而言，模式初值的质量就具有非常重要的意义。由于客观存在的诸多影响要素，模式的基础条件仅仅是气象真实状况的模拟值，因而其误差是必然存在的。重点决定于观测技术的准确性、技术水准，和所运用的设备的精密度以及外部环境的影响等，例如气象站的观测误差。此外，在运用气象文星进行大气现象分析观测时，由于大气对于光的散射导致接受的反射光和太空采集的信息具有一定误差，通过直接观测的红外辐射数据所推算出的大气和地面温差也具有误差。再利用气象雷达进行大气观测的过程中，依照降水规模和雷达探测回波的数据推算降水量也会产生误差，特别是远距离进行气象探测时的误差就会更明显。

　　（2）模式误差。模式对于物理、动力流程的表述不精准而造成的偏差。例如，气象变化中的湍流现象，在模拟中小尺度体系中的生消变化是无法进行精准预测的。由于大气是不断变化的介质，不管模式精准度多高，必然会存在部分低于网格局尺度的变化难以在系统内准确体现，该变化流程也叫做次网格过程。对于空气流动、阳光辐射、雨露凝结等气象观测推算的过程都涉及到这一变化。在模式中一般采取”参数化“形式来去除此类流程的负面作用，也就是通过平均过程将次网格的动力流程和物理流程体现出超过网格尺度的平均影响。此类描述与实际的次网格流程之间的误差就作为外部影响的主要误差因素。

　　2、气象预报存在不确定性的表现

　　从科学的角度来看，对于这些不确定因素的分析其主要意义表现在三个方面：一是具有一定的社会经济价值；二是具有科学有效性；三是确保天气预报的用户认可。我们在生活中不难发现，其实气象预报或多或少的会与实际情况存在一定的偏差，因此，我们在进行某一项确定性的气象预报时有必要同时发布相关的不确定性，以免用户对气象预报的信任程度受到影响。用户得到更多更全面的信息之后，对于气象预报发生的偏差也能够以一种理解的心态去接受，至少用户也可以通过气象预报了解未来发生预报情况的概率值。结合目前在该领域的研究现状，美国科学院针对气象预报中的影响因素对于未来的发展趋向进行了划分，具体内容如下：

　　第一，对于大气圈自身的一些不确定因素进行必要的发布。通过把这些不确定因素与用户共享，一方面为用户提供更加全面的气象信息，另一方面也让用户体会到分析这些不确定因素的重要意义。当然通过这样的方式向大家发布气象预报，对于气象预测领域内的专业知识还需要对用户进行普及。

　　第二，针对这种全新的气象预报形式，运用之前需要对用户的真实需求进行调查。因为个体的差异性，对于气象预报各方面不确定因素的需求也必然会存在差异，甚至我们首先需要考虑如何向用户阐述这种不确定性，如何让他们接受这一客观事实。

　　第三，在确定不确定因素时应该保持客观和科学。对于不确定因素的分析和评估本身就是一门科学。不确定因素的评估原则也并非千篇一律，根据预测空间、预测对象、数据统计模型的不同，侧重点也有所不同。除此之外，对于这些不确定因素有必要进行重复性的校验。

　　第四，针对这些不确定因素，积极的与用户进行全面的交流。交流的领域也是多方面的，可以是日常的天气预报，也可以是灾害气象预报。通过这种交流让用户真正的参与到产品的设计之中，增加用户体验效果，为这种全新的预报方式的设计、编排以及推广提供宝贵建议。

　　四、气象预报不确定性的方法改进及对策

　　由于水温预测自身就具有较强的不确定性，此类不确定性的预测可以为相关用于提供一定参考，因而其预测的不准确就逐步作为公布完整预报的构成部分。因为预报阶段内会产生重要的或难以规避的误差，因而当进行特定的重要气象水文预测时，若没有科学的公布其不准确性，就可能会产生信任危机。若让用户了解可能产生的误差变化范围，就能够维持对预测机构的信任程度，此外概率预测也能够为产生的实际变化提供参考。

　　第一，要求全行业的一致性。对于气象预报所存在的客观的不确定因素，整个行业有必要提供阐释这些不确定性的相关服务，NWS作为该领域权威，更应该起到引导作用。

　　第二，在新产品中注入更多的前沿技术这也是进行产品研发的客观需求。在新产品的研发之初，NOAH就应当在整个行业内寻求更加广泛的合作，以前沿的科技力量为依托，优化新产品的研发过程。

　　第三，面对气象预报存在不确定因素这一现实，有针对性的进行相关内容的普及和培训。就拿飓风线路的预测来讲，我们能给出的只能是一个确定的路线，然而事实却不然，通过概率预测我们给出一个大概的范围，从客观上讲，这才是最为合理的预报方式。由此可知，在气象预报过程中提供更多更全面的不确定信息这是行业发展的客观需要，只有整个行业能够进行全面的知识普及，才能推进整个行业发展，预报形式上也能够推陈出新。知识的普及和培训对象主要有三个方面内容：1、在气象预报的教学中，应该更加注重对预报过程中这些不确定因素的讲解，并适时的对这些因素进行发布；2、应该让播报人员更多的接触到气象预报领域的专业工具和前沿技术；3、加强与用户之间的交流，让他们能够更深层次的理解这些不确定因素，久而久之用户可以通过发布的不确定信息给出自己的判断。

　　第四，不断深入集合预报的研究，让这种方式得到更广泛的推广。NOAA需要继续保持行业优势，不断加强不确定信息的获取能力，尤其是从全球范围到某片区域的信息获取能力。

　　第五，不确定因素相关信息的获取应该更加的广泛。不断的完善在整个行业内的原始数据的调用和最终产品的共享，以此保证不确定信息的来源更加的多样化，无论是NWS还是用户都能够轻松的得到必要的信息。

　　第六，不断拓展校验信息的获取途径。对于这些最终发布的带有不确定信息的产品需要进行反复校验，并且确保这些数据能够让用户及时的获得。在校验过程中，我们需要检验的对象的复杂程度主要是通过检验的量度和方法来体现的。对于最终产品的检验主要是以具有现实意义的预报子集为依据，利用对应的数据模型进行校验，最后以通俗易懂的语言展现出用户。在播报过程中也需要把校验的相关资料提供给用户，以便为用户在进行判断提供参考，具体资料有：检验模式自动生成的预测结果、客观性的预测结果、校验过程中的观查记录等。

　　第七，选取合适的发布平台，进行不确定信息气象预报的试验发布。NOAA应该充分调动整个行业的积极性，为不确定信息气象预报的研发、发布、使用出谋划策，创新思路，提高整个行业的有效性。在新产品的研发和使用过程中，应该充分的发挥NWS的协调作用，整合整个行业的有效资源，推动新产品的诞生和行业的发展。

　　此外，在大部分水文气象预测中误差性公布的缺少也存在一定的伦理争议。行业在位用户提供超过七天以上的气象水文预测时，本应公布技术并未满足实际要求，是有违科学准确性的，即便在水文气象预测本身存在的误差无法规避、必然存在，都可能造成迷惑性的社会影响，也和当前的科学已知状态（认可预测具有一定的不准确性）不相符。相对来说，在医学方面就存在很多治疗方案治愈几率的预测数据，因此需要像《晴天》里提出的那样，NWS作为目前为气象预测设定标准的合法机构。需要”在这些方法被认为更具科学实效性的数据和预报中改进发布不确定性的概率方法。“

　　结束语

　　当前阶段，大期预测正向多层次多角度的趋势发展，地面预测的相关技术也在不断完善和发展，而地面观测逐渐达成了自动一体化和高广度覆盖，高空预测正逐渐引入更发达的遥感技术。总之，获取不确定信息手段趋于多样化，对新的产品形式的研究和理解不断深入，用户和播报人员对不确定信息播报的认知程度越来越深刻，再加上信息发布平台的不断完善，我们有理由坚信人们面对这种气象预报固有的不确定性所带来的挑战也会愈发的从容。

　　参考文献

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　　任丽娟