丑紀范

(中國科學院,北京 100864)

在 2010年數(shù)值預報學術(shù)交流會議閉幕式上的講話

丑紀范

(中國科學院,北京 100864)

2010年 9月 18日中國氣象學會第 26屆數(shù)值預報學科專業(yè)委員會總結(jié)會議暨 2010年度全國數(shù)值預報學術(shù)交流會在筑舉行,該文為中國科學院院士丑紀范在會議閉幕式上的講話。

數(shù)值預報會;講話

1 引言

我國一再提倡建設創(chuàng)新型國家,那就需要有一批創(chuàng)新型人才。在數(shù)值預報上,舊人有創(chuàng)新了,但是不夠,現(xiàn)在寄希望于新的一代。那如何才能創(chuàng)新呢?我覺得應該破除中國文化方面上的一些缺陷。有人說:“為什么我們的創(chuàng)新不如西方”,這有很深層次文化的根源,因為我們的文化強調(diào)“師道尊嚴”,那就是要跟著老師,老師說的話就要照著去做。新一代搞數(shù)值預報首先應該破除這個“師道尊嚴”,要對老師說“不,你的不對”,因為西方是“吾愛吾師,吾更愛真理。”。我在麻省理工學院作訪問學者的時候,第一次去參加他們的學術(shù)會議,老師剛講完,下面的學生馬上“I don’t think so!”,后來他們告訴我那就是他的學生,學生就直接這樣批評老師并提出自己的看法,老師非常高興,這給了我很深的印象。要敢于對老先生以至國內(nèi)外的許多看法說“不”,這算是我給年輕人提的希望吧!下面說點我的看法,希望在坐的對我的看法說“不,你的看法不對,不正確”。

2 數(shù)值預報模式的數(shù)量問題

模式是多好還是少好?有一種意見認為:科研隊伍精力有限,應該集中力量精雕細刻搞那么一個模式。我覺得,模式是不怕多、怕不多。為什么?數(shù)值模式是實際大氣的一個反映,這里面就存在著一個深層次的問題,要想把實際大氣克隆到我們的計算機里面,那么,各種模式就應該涵蓋自然界的所有過程,只有這樣才能全部模擬出來,達到準確預報的目的。理論雖然如此,要想達到卻是不可能的。模式只能做到在這樣或那樣一些方面與實際一致,必然在某些方面跟實際不一致。盡管全部一致很好,可惜這件事辦不到。因為無論多么復雜的模式、多么精細化的物理過程跟實際的情況比都非常粗淺。比如溫度場,每個點每個時刻有個溫度,這跟實際就馬上不一致了。溫度是什么?溫度是分子的平均動能,那一點上有分子嗎?可能一個分子也沒有,可能有一個……哪來的平均動能?這跟物理上說的就不一致,且物理上說的分子的平均動能也是理想狀態(tài)。哪個地方只要不是絕對零度就會釋放長波輻射,模式里面能有嗎?所以模式與實際只能是在這樣或那樣的方面一致,在另外的方面就不一致。因而,不可能在一個模式里面把所有的實際情況克隆進去,這樣的事情辦不到。既然如此,打個比方說,平面的地圖要反映球面上的情況時,我們采用了投影,想把球面上的所有特點都能在平面上精確反映是不可能的。怎么辦?人家地理制圖學家有辦法,希望地球上形狀相同的兩塊在地圖上形狀也相同,就用正型投影,希望面積不變就用保積投影。面對不同的需要就有不同的投影。所以干嘛非得要用一個模式來解決各個地方的不同問題呢?

確切地說,面對不同的需要就要去建立不同的模式,顯然是不現(xiàn)實的,沒有可操作性。是不是由中央精雕細刻搞一個把實際大氣的各個方面都克隆到機器里來的模式,它成為各地使用的起點,但不是終點。它好比是力求把球面上的所有特點都反映好的“地圖”,各地就按照自己最關(guān)切的現(xiàn)象,特別是高影響、轉(zhuǎn)折性天氣的要求對它進行改造,如果關(guān)心“形狀”,改成“正形投影”,對原模式而言,“形狀”模擬的準確是犧牲“面積”模擬的準確性為代價的,“舍得、舍得、有舍才有得”。這樣一來,便會有眾多的模式產(chǎn)生出來,“一生二,二生三,三生萬物”。這對各地的年輕同志來說,既是一個挑戰(zhàn),也是一個機遇,發(fā)揮其聰明才智的機遇。

3 轉(zhuǎn)折性天氣預報的重要性

應該改變評分原則,我們動輒就是一個平均的500 hPa的距平相關(guān)系數(shù)加距平均方誤差,但是我覺得數(shù)值預報更應該重視高影響及轉(zhuǎn)折性天氣的預報,如果大量工作之后,這兩種預報的預報水平?jīng)]有得到提高,光是平均評分是不夠的。希望年輕的一代,把重點轉(zhuǎn)移到高影響及轉(zhuǎn)折性天氣。怎么才能做到?不同的地方有不同的高影響天氣,有不同的轉(zhuǎn)折,得琢磨現(xiàn)有的業(yè)務模式在本地預報失敗的原因,并在現(xiàn)用業(yè)務模式的基礎上改進,而不是重新開始找另外的模式。找到模式對高影響及轉(zhuǎn)折性天氣報不好的原因:簡單來說要么是初值不準,要么是模式不準,這是對的,所以要改進初值,改進模式,同化和物理過程等等。但是我們的思路是否可以再開闊一點呢?因為預報不只有數(shù)值預報,還有統(tǒng)計預報、天氣學預報等等。從廣義上的預報來說,從信息論的角度看就是信息的轉(zhuǎn)換,根據(jù)現(xiàn)在掌握的信息得到未來情況的信息,所以所有的模式不過是這樣一個信息轉(zhuǎn)換的過程。因此誤差來自兩方面:一方面是原始數(shù)據(jù)包含的未來的信息不夠;另一方面是在轉(zhuǎn)換的過程中能不能把這個信息提煉出來。打個比方說,就相當一個銅,首先有銅礦石,有個冶煉的設備,把銅提煉出來,結(jié)果你得到的銅多少是兩個因素決定的,一個是銅礦石里究竟含了多少銅,另一個是這個銅你能不能冶煉出來,提出了多少?還剩余了多少?模式只是一個冶煉設備,如果原始輸入數(shù)據(jù)沒有或者很缺乏未來的信息,那冶煉設備再好也沒有用,充其量只是礦石里的銅全部提煉出來,但是要全部提煉出來是辦不到的,總會留一點,所以絕對不要迷信模式,模式最終只是個冶煉設備,不能誤以為有一個好的模式預報就做準,因為模式是不變的,而預報是靠不斷輸入變動的數(shù)據(jù)而得到,如果數(shù)據(jù)有問題,那在模式上怎么去改進,那轉(zhuǎn)折性及高影響天氣就很難報準,尤其是中尺度天氣。因此年輕預報員應該針對當?shù)仃P(guān)注的高影響及轉(zhuǎn)折性天氣尋找現(xiàn)有的模式預報效果不好的原因,如果不先找到這個原因,那很難提高預報效果;找到原因之后,我們就想辦法著手改進。為什么模式越多越好呢?我的看法是這樣的,那就是你關(guān)心的某一個過程某一個現(xiàn)象,要預報好這個現(xiàn)象,重要的不是什么因素對它有作用,而是什么是主要的,如果你不把主要的東西抓住,那很難預報好。那次要的東西怎么辦?我的看法是:不考慮。為什么?因為對這個現(xiàn)象,對這樣的過程,如果某一個過程對它的影響不大,那你有兩個辦法,在模式里考慮或不考慮它。我覺得干脆不考慮它更好,因為它作用小,如果考慮它,模式里的作用是實際的作用加上模式計算它的誤差,所以模式里邊算出的對這個過程的影響是它的實際影響加上模式算這個影響的誤差兩部分,如果這個影響很小,那有可能它的誤差還更大,所以不如不考慮它。所以在模式本地化時應篩選物理過程,并認真進行改善,沒有必要拿一個藥來包治百病,模式不怕多就怕不多,這可能是我們提高業(yè)務的一個方向。

最后,向年輕同志提三點希望:希望年輕同志站得高一點,看得遠一點,想得開一點。

(貴州省氣象臺彭芳根據(jù)錄音資料整理。)

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1003-6598(2011)01-0004-02

2011-11-08

丑紀范(1934-),男,院士,長期致力于數(shù)值天氣預報的基礎理論和方法以及有關(guān)的大氣和海洋動力學的教學和研究。