在 2010年数值预报学术交流会议闭幕式上的讲话

丑纪范

(中国科学院,北京 100864)

在 2010年数值预报学术交流会议闭幕式上的讲话

丑纪范

(中国科学院,北京 100864)

2010年 9月 18日中国气象学会第 26届数值预报学科专业委员会总结会议暨 2010年度全国数值预报学术交流会在筑举行,该文为中国科学院院士丑纪范在会议闭幕式上的讲话。

数值预报会;讲话

1 引言

我国一再提倡建设创新型国家,那就需要有一批创新型人才。在数值预报上,旧人有创新了,但是不够,现在寄希望于新的一代。那如何才能创新呢?我觉得应该破除中国文化方面上的一些缺陷。有人说:“为什么我们的创新不如西方”,这有很深层次文化的根源,因为我们的文化强调“师道尊严”,那就是要跟着老师,老师说的话就要照着去做。新一代搞数值预报首先应该破除这个“师道尊严”,要对老师说“不,你的不对”,因为西方是“吾爱吾师,吾更爱真理。”。我在麻省理工学院作访问学者的时候,第一次去参加他们的学术会议,老师刚讲完,下面的学生马上“I don’t think so!”,后来他们告诉我那就是他的学生,学生就直接这样批评老师并提出自己的看法,老师非常高兴,这给了我很深的印象。要敢于对老先生以至国内外的许多看法说“不”,这算是我给年轻人提的希望吧!下面说点我的看法,希望在坐的对我的看法说“不,你的看法不对,不正确”。

2 数值预报模式的数量问题

模式是多好还是少好?有一种意见认为:科研队伍精力有限,应该集中力量精雕细刻搞那么一个模式。我觉得,模式是不怕多、怕不多。为什么?数值模式是实际大气的一个反映,这里面就存在着一个深层次的问题,要想把实际大气克隆到我们的计算机里面,那么,各种模式就应该涵盖自然界的所有过程,只有这样才能全部模拟出来,达到准确预报的目的。理论虽然如此,要想达到却是不可能的。模式只能做到在这样或那样一些方面与实际一致,必然在某些方面跟实际不一致。尽管全部一致很好,可惜这件事办不到。因为无论多么复杂的模式、多么精细化的物理过程跟实际的情况比都非常粗浅。比如温度场,每个点每个时刻有个温度,这跟实际就马上不一致了。温度是什么?温度是分子的平均动能,那一点上有分子吗?可能一个分子也没有,可能有一个……哪来的平均动能?这跟物理上说的就不一致,且物理上说的分子的平均动能也是理想状态。哪个地方只要不是绝对零度就会释放长波辐射,模式里面能有吗?所以模式与实际只能是在这样或那样的方面一致,在另外的方面就不一致。因而,不可能在一个模式里面把所有的实际情况克隆进去,这样的事情办不到。既然如此,打个比方说,平面的地图要反映球面上的情况时,我们采用了投影,想把球面上的所有特点都能在平面上精确反映是不可能的。怎么办?人家地理制图学家有办法,希望地球上形状相同的两块在地图上形状也相同,就用正型投影,希望面积不变就用保积投影。面对不同的需要就有不同的投影。所以干嘛非得要用一个模式来解决各个地方的不同问题呢?

确切地说,面对不同的需要就要去建立不同的模式,显然是不现实的,没有可操作性。是不是由中央精雕细刻搞一个把实际大气的各个方面都克隆到机器里来的模式,它成为各地使用的起点,但不是终点。它好比是力求把球面上的所有特点都反映好的“地图”,各地就按照自己最关切的现象,特别是高影响、转折性天气的要求对它进行改造,如果关心“形状”,改成“正形投影”,对原模式而言,“形状”模拟的准确是牺牲“面积”模拟的准确性为代价的,“舍得、舍得、有舍才有得”。这样一来,便会有众多的模式产生出来,“一生二,二生三,三生万物”。这对各地的年轻同志来说,既是一个挑战,也是一个机遇,发挥其聪明才智的机遇。

3 转折性天气预报的重要性

应该改变评分原则,我们动辄就是一个平均的500 hPa的距平相关系数加距平均方误差,但是我觉得数值预报更应该重视高影响及转折性天气的预报,如果大量工作之后,这两种预报的预报水平没有得到提高,光是平均评分是不够的。希望年轻的一代,把重点转移到高影响及转折性天气。怎么才能做到?不同的地方有不同的高影响天气,有不同的转折,得琢磨现有的业务模式在本地预报失败的原因,并在现用业务模式的基础上改进,而不是重新开始找另外的模式。找到模式对高影响及转折性天气报不好的原因:简单来说要么是初值不准,要么是模式不准,这是对的,所以要改进初值,改进模式,同化和物理过程等等。但是我们的思路是否可以再开阔一点呢?因为预报不只有数值预报,还有统计预报、天气学预报等等。从广义上的预报来说,从信息论的角度看就是信息的转换,根据现在掌握的信息得到未来情况的信息,所以所有的模式不过是这样一个信息转换的过程。因此误差来自两方面:一方面是原始数据包含的未来的信息不够;另一方面是在转换的过程中能不能把这个信息提炼出来。打个比方说,就相当一个铜,首先有铜矿石,有个冶炼的设备,把铜提炼出来,结果你得到的铜多少是两个因素决定的,一个是铜矿石里究竟含了多少铜,另一个是这个铜你能不能冶炼出来,提出了多少?还剩余了多少?模式只是一个冶炼设备,如果原始输入数据没有或者很缺乏未来的信息,那冶炼设备再好也没有用,充其量只是矿石里的铜全部提炼出来,但是要全部提炼出来是办不到的,总会留一点,所以绝对不要迷信模式,模式最终只是个冶炼设备,不能误以为有一个好的模式预报就做准,因为模式是不变的,而预报是靠不断输入变动的数据而得到,如果数据有问题,那在模式上怎么去改进,那转折性及高影响天气就很难报准,尤其是中尺度天气。因此年轻预报员应该针对当地关注的高影响及转折性天气寻找现有的模式预报效果不好的原因,如果不先找到这个原因,那很难提高预报效果;找到原因之后,我们就想办法着手改进。为什么模式越多越好呢?我的看法是这样的,那就是你关心的某一个过程某一个现象,要预报好这个现象,重要的不是什么因素对它有作用,而是什么是主要的,如果你不把主要的东西抓住,那很难预报好。那次要的东西怎么办?我的看法是:不考虑。为什么?因为对这个现象,对这样的过程,如果某一个过程对它的影响不大,那你有两个办法,在模式里考虑或不考虑它。我觉得干脆不考虑它更好,因为它作用小,如果考虑它,模式里的作用是实际的作用加上模式计算它的误差,所以模式里边算出的对这个过程的影响是它的实际影响加上模式算这个影响的误差两部分,如果这个影响很小,那有可能它的误差还更大,所以不如不考虑它。所以在模式本地化时应筛选物理过程,并认真进行改善,没有必要拿一个药来包治百病,模式不怕多就怕不多,这可能是我们提高业务的一个方向。

最后,向年轻同志提三点希望:希望年轻同志站得高一点,看得远一点,想得开一点。

(贵州省气象台彭芳根据录音资料整理。)

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1003-6598(2011)01-0004-02

2011-11-08

丑纪范(1934-),男,院士,长期致力于数值天气预报的基础理论和方法以及有关的大气和海洋动力学的教学和研究。