中國科學院院士穆穆揭秘大氣科學：無縫隙預報系統研究路還很長

封面新聞記者 張越熙

11月19日，中國科學院院士、複旦大學大氣與海洋科學系特聘教授穆穆在2022複旦大學管理學院科創周系列活動中，就氣候變化主題發表演講。穆穆院士分別就大氣科學研究關注什麼、大氣科學對社會的貢獻以及大氣科學的機遇與挑戰三個問題分享了自己的觀點。

什麼是大氣科學研究？穆穆院士介紹，大氣科學研究的主要構成包括觀測與相關的觀測設計、認識與理解大氣、數值模擬與預測三部分。一方面可以對高影響的海氣環境事件做出有價值的預報，如颱風、霧霾、風暴潮等。另一方面還要應對氣候變化，幫助政府製定政策，如當前倡導的碳中和、碳達峰。

大氣科學領域碩果纍纍，但穆穆院士也指出，隨著全球變暖，近年來全球各地極端天氣氣候事件多發，人類的預報頻頻失誤。誤差的背後有三個原因：一是受儀器等影響，觀測存在誤差；二是我們對自然界的認識還不充分、不全面；三是氣候本身是一個相當複雜的非線性系統。

大氣科學對人類社會有哪些貢獻？穆穆院士介紹，主要貢獻有三個方面。第一個方面，是預報和預測。“預報未來”大概是人類永恒的追求之一。“衡量一門科學是不是成熟的標誌大概有兩個方面，一個是對未來發生的事件能夠做出有價值的預報，第二個是對尚未發現的現象做出能夠被將來的觀測所證實的預言。”穆穆院士解釋，人類歷史上，天文學一開頭是走在前面的，後來海洋學去預報潮汐，現在能夠預報天氣，進行氣候預測，這是大氣科學研究作出的貢獻。

除此之外，穆穆院士介紹：“去年諾貝爾物理學獎獎給了Manabe和Hasselmann以及Parisi，Parisi是做分析性科學複雜性的，而前面兩位都是大氣科學家，頒獎的原因是對地球氣候的物理建模、量化可變性和預測全球變暖作出了重大貢獻。”在保護人類生態環境方面，大氣科學亦有貢獻。他舉例：“高空的臭氧是好的，因為它可以阻擋短波紫外線，保護人類和生態系統。但是近地面的臭氧危害人體健康。1995年諾貝爾化學獎表彰了三個大氣化學獎，他們的主要貢獻是發現南極臭氧層空洞的形成主要是和人類排放的像冰箱所謂的冷凝劑氟利昂有極大的關係，他們的工作促進了《蒙特利爾議定書》的簽訂，因此淘汰了大約99%的消耗臭氧層物質。所以，他們這個貢獻對人類社會的發展是巨大的。”

儘管大氣科學對人類社會貢獻巨大，但是隨著全球變暖，近些年來全球各地的極端天氣氣候事件頻發，對它的預報出現頻頻失誤。大氣科學面臨正面臨著挑戰。

人類歷史上經曆過很多次極端天氣災害，但事實上，極端天氣災害的預報水平還達不到人類所要求的精度。為什麼預報會有誤差呢？穆穆院士解釋，有三個原因：一個是觀測有誤差，任何儀器觀測都有誤差的；第二個模式有誤差，人類認識自然界還不全面、充分；第三個就是天氣氣候系統是一個非常複雜的、非線性系統。

他介紹，現在大氣科學界在做的事情就是無縫隙的預報系統，希望能夠把像龍捲風這種時間尺度只有幾分鐘、十幾分鐘，颱風這種時間尺度為幾天等的變化都能無縫隙地進行預報。他坦言，這是一個非常有挑戰性的、需要長期努力的課題。穆穆院士介紹，其所領導的課題組主要在做兩件事：提出條件非線性最優擾動（CNOP）方法來研究天氣氣候事件，指導目標觀測與集合預報，這在2020-2022年的幾次颱風預報中已經取得了較理想的效果；同時關注北極，為北極觀測提供科學指導，將其作為提高長時間天氣預報準確性的關鍵途徑之一。