互动科普

2008年初的这场大雪和冻雨让拉尼娜“闻名”全国，措手不及的人们将其扔到“全球变暖”这个包罗万象的大筐里。大雪是否和全球变暖有关？人类能否完美地预测天气？

当一场50年不遇的暴雪和冻雨覆盖了中国南方的大片土地时，坐火车回家过年并非是一个明智之举。1月26日00∶41从北京发车的临客L43，像残废了一样在京广线上爬行了98个小时才到韶关。

L43就像一个垃圾场，很多人长期保持一种别扭的姿势，像陷在了垃圾堆里，动弹不得。满车厢弥漫着厕所味儿，即便如此，还有人霸占着厕所不愿出来，就图有个落脚的地方。从株洲到衡阳，原本1个小时的车程却走了整整一天。湖南省地方电力因冻雨中断，造成了铁路大塞车的“奇观”。

满车的乘客都在抱怨，为什么南方会下这么大的雪？

电力职工全力清除铁塔上的冰雪，以保障电力供应。

暴雪并非空穴来风，全球气候系统一个细节发生变化就有可能导致无法预料的后果。今年是拉尼娜年，这个被称为“圣女”的魔法小姑娘将半个中国扰得一团糟。拉尼娜和人们所熟悉的“圣子”厄尔尼诺是一家人，它们交替出现，周期为2～7年。这就像两个玩跷跷板的孩子—男孩上，女孩下；男孩下，女孩上。

所谓厄尔尼诺就是赤道中、东太平洋每隔几年发生的表层海水大规模持续(半年以上)异常偏暖的现象。与此相反，赤道中、东太平洋表层海水大规模持续异常偏冷的现象称为反厄尔尼诺现象，即拉尼娜。事实上，赤道中、东太平洋在不断地进行着一种叫做“南方涛动”的冷水-暖水-冷水-暖水的循环，而厄尔尼诺和拉尼娜则是这种循环变化过程中的两个极端，即最暖和最冷。

循环的驱动力就是热能，即地球系统吸收的太阳辐射。海洋覆盖了全球面积的70%，水的热容量比空气大得多，所以海洋温度的微小变化能使得大气温度发生强烈的响应。另一方面，大气风应力又驱动了海洋的表层洋流运动。所以，海洋和大气在气候异常变化的时间和空间尺度上是相互作用和相互依存的。

据我国气象学家统计，从1953～2005年共出现厄尔尼诺现象27年，出现拉尼娜现象17年。科学家早就知道，拉尼娜现象发生时，东亚地区尤其是黄河流域大部、长江中下游及我国东南沿海一带冬天寒冷、干燥的可能性较大。

但没有料到的是，这个拉尼娜强烈的冬天，产生暴雪的条件简直“完美”：一方面从东路贝加尔湖和西北路中亚一带东南下的冷空气滞留在长江流域及以南地区，造成低温，而此处水汽条件较好，容易引起降水；另一方面，从低纬度西路而来的暖湿气流抵达我国长江流域后刚好遇见了冷空气。于是这两对势均力敌的天兵天将在中国南方上空战得天昏地暗，大战三天、休战三天、再战三天……除非哪边来了救兵，战争才能结束。

救兵来还是不来，全指望“大气环流发生变化”。“大气环流发生变化只是隐晦的说法。”中央气象台首席预报员杨贵名说。2月4日的立春曾给人们带来了希望，立春意味着北半球吸收的太阳热量逐渐增多，大地回暖，南下的冷空气可能会减弱，对天气产生好的影响。“但是事情没有那么简单。你可以把冷空气团想象成一个胖子，除非来一股更强的热气团，才能把这个胖子推走。这个热气团要等稳定的大气环流发生变化才能来到，然而大气环流不会这么快就发生变化的，它保持一种相对稳定的状态。”

无法完美的天气预报

大雪降落以后，很多人发牢骚说，这么大范围、这么长时间的暴雪为什么不能提前预报？

要求气象学家用更科学的方法来预测灾害，似乎是为难他们。“对于冬天的一次雨雪过程而言，提前3～5天预报的准确性较高，其余的就难以保证，世界上最好的预报模式也是7天内效果较好，这仅仅是就冬天的天气预报而言，夏天还达不到这个水平。如果要求我们对未来10天、20天、30天的天气都做出准确预测，那是不现实的，哪怕是美国和欧洲等发达国家也难以完成任务。”杨贵名说，他们对一二月份发生的几次大范围降雪均提前3天做出了准确预报。

“就24小时内的暴雨预报而言，美国的准确率只有22%，我国是12%～13%。”杨贵名说面对强灾害天气，比如2005年诸多席卷美国的飓风时，气象学家们也只能感叹，无能为力。

“不管哪国的天气预报，主要是靠天气预报模式和预报员的经验，这二者缺一不可。”目前，中国气象局业务预报中所使用的主要预报模式是从欧洲中心移植过来的中期数值天气预报模式。此模式把大气划分为一个个水平面上边长五六百千米，垂直方向两三千米的立方体网格，成千上万个地面和高空观测站得到了每一个网格的温度、气压、风向风速、湿度、云量和云状以及气象卫星、天气雷达资料等等信息，然后用超级计算机像计算天体的运动轨迹那样，通过描述大气运动规律的数学方程组求解，得到未来某一时刻的大气状况，也就是天气预报。

预测的精度取决于这个网格的边长，边长越小就意味着分辨率越高，其中的状况就会越精细。“这就像一辆车从远处开过来，开始你什么也看不见，后来看见一个小黑点，然后才能辨认出是一辆车，等它开近了能隐约分辨出颜色和车型，再进一点或许能看出品牌，等车开到你面前时你才知道车里坐了几个人，再等他们下了车，你才知道他们到底要做什么。对于天气预报也是这样，网格越小，车离你越近，越容易看清楚；时间越短，越知道细节；等人真的下了车，你才知道他们究竟要做什么，也就是天气到底会发生什么变化，究竟是下雨还是下雪？”

“目前网格的边长为1/2纬度或者1/4纬度，而北京奥运会这种小范围预测的模式是3千米，青岛的帆船比赛甚至可以精确到几百米。”然而，网格越精细需要的计算机存储量越大，计算速度越快，目前我国所使用的是具有88个处理器的IBM-SP巨型计算机，计算性能可达800亿次/秒。而这还不算是快的。英国最大的超级计算机HECToR，运算速度达100万亿次/秒，可用来预测天气并观测气候变化，并分析这二者之间不一致的原因以及会造成哪些影响。

但是目前，“观测站有限，观测资料不够丰富。如果将网格划得很小，其中却没有观测站，使用猜测的数据而得到的仍然是虚假结果。如果分辨率和观测资料不相匹配，得到的结果也没有意义。所以，我国现在采取的数值预报模式并非是世界上最先进的，我们的观测站密度也不够，数据不足。”杨贵名说。

事实上，科学家对大气环流的诸多原理弄不清楚，各种模式也有着诸多缺陷，所以“天气预报的准确率要想得到大幅度提升是不现实的”。

全球变暖：“杀手”能否定罪？

天气预报如此之难，气候预测更是一个棘手的问题。厄尔尼诺和拉尼娜的成因令气候学家头疼不已，它们的复杂性已经超出了现今的科学水平，目前世界上任何一个国家都无法预它们何时会发生，只能监测发生的征兆。

不知其形成规律就无法预测，无法预测就无从预防，无从预防的结果是一旦二者行为异常、引起灾害时，人们就把它们一股脑扔进“全球变暖”这个包容万象的大箩筐里。而且，从上世纪80年代开始，厄尔尼诺和拉尼娜现象均大大增强，美国国家天气预报中心的最新公告也表示，截至1月底的数据表明，赤道中、东太平洋表层海水温度比平均值低2℃，拉尼娜现象将继续加强。

那么，这是否和“全球变暖”这个万能杀手有关？国家气候中心首席科学家张称意认为，总体上来说，这次暴雪和拉尼娜及气候变化有关，全球变暖所导致大气水汽含量增加，必然在某一时刻降落，从而引起降雨。

但北京大学物理学院大气科学系胡永云教授并不认可这种看法，他说:“无论是厄尔尼诺或 拉尼娜若干年来都一直存在，可以看成是气候自然变化造成的，很难说它们近年来的增强与全球变暖有，更难认为这次暴雪与全球变暖有直接关系。即便是日后若干年内厄尔尼诺和拉尼娜现象依旧明显增强，也应具有统计学意义，否则没有足够的证据将其和全球变暖联系起来。”

中国科学院大气物理研究所东亚中心的马柱国研究员也表示，拉尼娜现象频次和强度的增加和全球变暖有关证据不足；此次雪灾和拉尼娜有关，但并非单一的拉尼娜现象造成，更不能和全球变暖直接扯上关系。“上世纪50年代以前仪器观测数据极度缺乏，不足以得出确切的结论。时间跨度更大、更可靠的数据有利于对模型的修正，过去的资料越精确，对未来的预测才能越可靠。”

马柱国所说的事情早已有人在做。中科院地理科学与资源研究所的邵雪梅研究员的工作看似有些奇怪，她收集活树、尚未倒伏的死树以及古墓中保存的椁木、棺木和封土柏木，然后测定树木的生长年份，通过年轮的宽窄变化来分析当年的气候情况。降水越多，树木分裂活动就会越活跃，形成的细胞多，当年会呈现成较宽的年轮。对于具体的某个地方，比如青藏高原来说，较宽的年轮即意味着当年比较温暖。

“全球变暖的影响有多大现在仍是个未知数。我现在的工作，就是在分析过去若干年，比如说1000年内的气候波动，如果全球变暖在过去1000年内同样发生过，而人类历次过程又继续存活，那我们就不必为此感到恐慌。”邵雪梅说。

邵雪梅的同事郑景云也在从事古气候研究，不过他研究的对象是清代的雨雪档案。这些档案中记录了每次降雪的积雪厚度和每次降雨的入土深度，以分寸为计量单位，因此被称为“雨雪分寸”。研究人员用人工降雨的办法，通过降水渗入的土壤物理学模型等方式，将当时的雨雪分寸反演为降水量，使过去的记录能够与仪器测量的降水量直接衔接、比较，推测过去的气候状况。

“预测未来20年的气候状况至少要知道200年的气候状况；预测气候突变或极端天气状况，则需要更长的时间尺度。所以对于厄尔尼诺和拉尼娜是否异常这个问题，我们现在还没有发言权。”郑景云说。

在气象学家眼里，似乎无论多糟糕的天灾也是正常的，都没有逾越自然的法则，但张称意也表达了他的忧虑：“我们不知道这种50年一遇的大雪日后出现的频度是多少，如果频繁地发生在人口众多、经济发达的南方损失将不堪承担。所以，我们要尽可能了解大气的状况，知道哪些地区日后容易发生灾害，然后相应调整建设的重心。我们要去适应天气，因为天气不可能来适应我们。”

（本文发表于《科学世界》2008年第3期）