“大气”中国科学院院士穆穆揭秘大气科学：无缝隙预报系统研究路还很长

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封面新闻记者 张越熙

11月19日，中国科学院院士、复旦大学大气与海洋科学系特聘教授穆穆在2022复旦大学管理学院科创周系列活动中，就气候变化主题发表演讲。穆穆院士分别就大气科学研究关注什么、大气科学对社会的贡献以及大气科学的机遇与挑战三个问题分享了自己的观点。

什么是大气科学研究？穆穆院士介绍，大气科学研究的主要构成包括观测与相关的观测设计、认识与理解大气、数值模拟与预测三部分。一方面可以对高影响的海气环境事件做出有价值的预报，如台风、雾霾、风暴潮等。另一方面还要应对气候变化，帮助政府制定政策，如当前倡导的碳中和、碳达峰。

大气科学领域硕果累累，但穆穆院士也指出，随着全球变暖，近年来全球各地极端天气气候事件多发，人类的预报频频失误。误差的背后有三个原因：一是受仪器等影响，观测存在误差；二是我们对自然界的认识还不充分、不全面；三是气候本身是一个相当复杂的非线性系统。

大气科学对人类社会有哪些贡献？穆穆院士介绍，主要贡献有三个方面。第一个方面，是预报和预测。“预报未来”大概是人类永恒的追求之一。“衡量一门科学是不是成熟的标志大概有两个方面，一个是对未来发生的事件能够做出有价值的预报，第二个是对尚未发现的现象做出能够被将来的观测所证实的预言。”穆穆院士解释，人类历史上，天文学一开头是走在前面的，后来海洋学去预报潮汐，现在能够预报天气，进行气候预测，这是大气科学研究作出的贡献。

除此之外，穆穆院士介绍：“去年诺贝尔物理学奖奖给了Manabe和Hasselmann以及Parisi，Parisi是做分析性科学复杂性的，而前面两位都是大气科学家，颁奖的原因是对地球气候的物理建模、量化可变性和预测全球变暖作出了重大贡献。”在保护人类生态环境方面，大气科学亦有贡献。他举例：“高空的臭氧是好的，因为它可以阻挡短波紫外线，保护人类和生态系统。但是近地面的臭氧危害人体健康。1995年诺贝尔化学奖表彰了三个大气化学奖，他们的主要贡献是发现南极臭氧层空洞的形成主要是和人类排放的像冰箱所谓的冷凝剂氟利昂有极大的关系，他们的工作促进了《蒙特利尔议定书》的签订，因此淘汰了大约99%的消耗臭氧层物质。所以，他们这个贡献对人类社会的发展是巨大的。”

尽管大气科学对人类社会贡献巨大，但是随着全球变暖，近些年来全球各地的极端天气气候事件频发，对它的预报出现频频失误。大气科学面临正面临着挑战。

人类历史上经历过很多次极端天气灾害，但事实上，极端天气灾害的预报水平还达不到人类所要求的精度。为什么预报会有误差呢？穆穆院士解释，有三个原因：一个是观测有误差，任何仪器观测都有误差的；第二个模式有误差，人类认识自然界还不全面、充分；第三个就是天气气候系统是一个非常复杂的、非线性系统。

他介绍，现在大气科学界在做的事情就是无缝隙的预报系统，希望能够把像龙卷风这种时间尺度只有几分钟、十几分钟，台风这种时间尺度为几天等的变化都能无缝隙地进行预报。他坦言，这是一个非常有挑战性的、需要长期努力的课题。穆穆院士介绍，其所领导的课题组主要在做两件事：提出条件非线性最优扰动（CNOP）方法来研究天气气候事件，指导目标观测与集合预报，这在2020-2022年的几次台风预报中已经取得了较理想的效果；同时关注北极，为北极观测提供科学指导，将其作为提高长时间天气预报准确性的关键途径之一。

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