翌夏的天气

发布时间：80年12月28日

P. Wright 编译李金军周根生

英国继二个多雨的夏天之后，经历了二个干旱的夏天。这种情况可作为预测下一个夏季气候的模式吗？或者说天气预报真像靠“猜”那样碰运气吗？

1975年英国的夏季是我们常希望的那样一种晴朗暖和而又干燥的天气。1976年的夏天大大出乎乐观人们的意料，出现了连续三周的高温和一次百年未有的严重干旱。很不幸，1977和1978两年又出现十分恶劣的气候——晴天少，阵雨不断或者较长时间阴雨。这好像是一连串不断的坏景气临到了我们的岛屿上。那么，在1979年我们会遇到什么样的夏季天气呢？我们会希望1975或1976年的情况再出现吗？或者我们面对变幻莫测的夏季天气束手无策吗？人们在普遍地关心我们能否做出何种预报来；做出的预报又有多大的可靠性？

毫无疑问，我们能够做出某种预报的。6 ~ 8月份出现的反时针气旋的天数可作为一个恶劣天气的参数。我要说明一下，1979年夏天皮时针气旋的天数很有可能是34天，标准差为13.2（换句话说，这种天气要是在21 ~ 47天的范围之内，其可能性就达68%）。这种预测法要依据过去三十多年积累的气象资料，对这种预测法我抱有较大的信心。但是，也许你会讲，你已参照同样的资料，做出了一个类似的预报。或许你从某一位气象学家那儿了解一些情况，譬如，反时针气旋的天数在40 ~ 45天间较正确些，或者还有种说法1979年会比常年有更多的反时针气旋的天数。那么请大家再考虑一下，是否还有其他方法能够作出更加正确的预报。当然，一个方法便是“猜”。

但是，有二种方法看来比“猜”要更好些。第一种方法便是那些完全建立在物理学理论基础之上的预测法。用此法来预测天气，有许多问题必须先解决，否则此法就毫无价值。这些问题我会简要地讲一讲的。第二种方法具有统计意义，并同时考察过去的数据，在此基础上作出预报。这种预测法要以考查二年一个周期，四年一个周期或太阳黑子的情况作为基础，或依据于观察到的夏季天气与某些前兆（像4月份出现较高的低压槽的位置，冬天在加拿大所看到的北极熊的数量）之间的相互关系。然而，任何一种预测法严格地推敲起来，并不完全具有物理学根据，这种根据又常常是次要的。进一步说，这是一个这种物理学上的根据过去是否一直管用的问题。显然，许多这样的方法，无论看起来显得怎样科学，细细地推敲起来，总归是有点站不住脚的。

例如，英国夏季的天气预报有时候是依据一个想象得出来的“二年一变换”为模式进行预报的。当时在五十年代，我们确实碰到这种气候好坏交替变化的夏季，这种模式预报法首次获得成功。后来，人们又发现赤道平流层的风向出现明显的“二年一变换”现象。这看来有必要给期望中的英国夏季呈现“二年一变换”现象找找理论根据。但是，除了仅仅由于整个大气层互相影响而存在的一些关联因素外，人们一直还没有发现有关上述二个情况的任何物理学上的关系。因此，即使我们知道明年夏季平流层吹西风，我们也没有什么物理学上的根据说明翌夏英国的天气是好还是坏。然而，假若我们从以前的统计学上拿得出证据——好的天气将与平流层吹西风有关，我们倒就有理由预报明年夏天将是好天气。这个理由是站得住脚的，但人们至今还没有十分领会，以上的“二年一变换”情况在1954 ~ 1967年这段时间里确实出现过。如果在当时平流层非常稳定地出现这种情抚时，我们就采用这种方法来对过去10个夏季进行预报，倒也许取得了点成绩。但话得说回来，英国的夏天就是在那个时间也并不是很简单地“二年一变换”的呀！鉴于我们提出这种方法的唯一理由是依据统计学，因此，此法能起多大的作用，把握也不很大。

现在要讨论的问题是应用基本的物理学原理能否使我们做出较为正确的预报来。在英国气候变化主要取决于大气环流情况，而要把大气环流的情况做成一个模式出来又是十分困难的。因为它受到太阳辐射、大气中的尘埃和二氧化碳、海洋温度、地面冰雪以及其它因素的影响。这种影响还包括许多复杂的大气本身内部的相互影响和反馈作用。此外，它还具有不稳定性，在积云的基础上，大气湍流会渐渐变得愈加猛烈，进而能使整个天气由原来没有出现大气湍流的状况发生根本性的变化。这种不稳定性意味着我们绝不可能将比二个星期更长的天气状况的每一个细节都预测出来。尽管有这样的认识，但假如我们能预料到明年夏天大气二氧化碳状况，海洋温度，地极冰等等气候情况的话，就有一定的可能性将明年夏天的大致面目预报出来。

大气反馈

我们面前的主要问题是许多易被影响的因素，尤其像海洋温度，冰雪等本身要受到大气反馈的影响。它们受到每个细小的而又难以预料的干扰因素的影响是很大的！假如要把这些受影响的因素预测出来，我们就必须做大量的工作，从现在开始一直到明年夏天紧紧地盯住大气环流的发展和所有内部的、外部的各种反馈现象不放。然而，即使能够这样做了，也还会有无法预料的因素存在。

设想我们有一个用数字来表示并能够描绘出未来几个月天气状况的模式。设想我们还确切地掌握了当前大气流的动态，海洋温度等等情况，并能够将一些未来的像太阳辐射之类的外界因素预测出来，那么对今后6个月的天气预报就可借助这模式来帮忙。它会将明年夏天包括英国在内的全球性的气候特点告诉我们。但是，由于这模式相对地简单化，就不可能包罗万象，把每一个细小的情况都告诉我们，而这细小的因素则会影响主要的因素。因此，其结果只能反映出某个方面。要解决这个问题，试想随机地用表示那些不能预测的细小因素的信号操作这模式100次。结果我们就得到100个具有模拟性质的“夏天”。由此，就可以大致地估计出明年夏天的基本情况。假如，有80个“夏天”表明比通常干燥，10个“夏天”表明严重干旱，3个“夏天”表明比常年雨量多，那么，我们若预告翌夏比常年干燥，其可靠性就能达80多，严重干旱的预告其可靠性只能达10%，其它……，也依此类推。

所以一种地道的物理方法的预测体系，即使曾起过作用，也绝不可能做出较复杂的预报来。在有些情况下，尤其是像较长时间的预报，确实如此。而且那些本来无法预测的细小因素会扩大起来，以致在预报的正确度上几乎比依据30年数据模拟的预报毫无优越性。所有这些听起来好像说得有点片面。那么我们能否想出其它简便的办法来呢？

我已经提到过一种简捷的预报方法，那就是具有时间范围的，依据于统计关系的预报。统计方法和物理方法要混为一谈显然是不可能的。时间关系就是说，目前大气状况虽与明年夏天的大气状况具有许多连锁的影响，但偶尔某个因素会起主导作用。

举个例子，赤道中部太平洋的气候具有起主导作用的连锁影响，那里雨量明显集中，特别是在9月到次年2月之间，而4月份前后雨量则很少。9月份赤道东部太平洋的温度和次年一月份的雨量之间的关联影响可用数值0.79表示，即表现出一个非常明显的时间关系。1978年9月东部太平洋温度是反常的为-0.58℃，于是我就可以预报1979年1月份降雨量的指标为“75”，标准差为29。在正确度上，这要比依据往年1月份的情况所作出的“降雨量100，标准差45”预报正确得多。根据这种时间关系而起主导作用的关联影响可能是以下列情况起作用的：沃克（Walker）环流（包括沿着赤道水面的东风）与东太平洋面温度有一个正反馈的关系。即由于气流上升运动而产生的强风，使该地区的太平洋面明显降温，而同时冷海面又使强风加剧。因为低温的海洋使推动Walker环流的东、西太平洋之间的水面温度的梯度变化曲线更加垂直陡峭。这种正反馈现象使这二个气候特点（9月份多雨，4月份雨量少——译者注）出现了反常的连续性。因此，就雨量来说就和Walker环流的强弱有关。按照别的说法，这个4月前后的正反馈作用是较次要的，而其它因素则是主要的，那么我们就来考究一下“这些因素”的作用吧；照此办理，只有等到发现了那些因素后，我们才能预报4月份以后的天气，而供我们作模式的起主导作用的连锁影响则变成次要了。然而掌握了某些起支配作用的连锁影响的情况，还能够改善一下除夏季以外其它季节赤道太平洋降雨量预报的正确性。那么，在英国我们能否也这样做呢？

答案很令人失望，在英国我们却不能这样做。英，国的降雨量不出现像赤道中部太平洋那样的连续性。因此，很明显这里的气候并不受某种反馈关系所支配。但是，确实也很偶然地出现过某种天气状况的持续性。1975 ~ 1976年的干旱就是一个很好的例子。那么，这样的持续性天气状况是由于某个地区的正反馈关系引起的吗？我认为这种现象是由于大西洋位于热带地区的洋面气温降低，气压升高的缘故。在此情况下，风伴随着高压产生了能保持那区域、比常年低温的气团的水平移动或上升运动，在此期间，热带的高压又引起了亚速尔群岛地区的低压，继而又引起了北部地区的高压，结果英国的天气就趋向于干旱，最近几篇文章已经提供了线索，都暗示出这种说法。即不是太平洋地区的那种连续情况，而却是一种偶然情况。即使是偶然的情况，假如我们能够搞清楚它要招惹引起的情况，我们就可以像在赤道太平洋一样为英国的天气作出同样的预报来，现在一条更有希望的途径在形成。纵然大西洋热带的持续性气候因素有时也会出现，但有关的其洋面温度也有指望成为英国平时天气预测中的重要因素。这些因素或许也会成为决定英国夏季天气状况的主导因素。如果确是这样，又假如人们能够发现包含着这些因素的反馈关系的话，就可用一个简明的模式将英国长期天气预报的正确性提高一步。