2021年12月30日整理發(fā)布：斯坦福大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，氣溫升高可能會(huì)加劇地球中緯度地區(qū)天氣的不可預(yù)測(cè)性。當(dāng)大氣變暖甚至幾攝氏度時(shí)，可靠的溫度、風(fēng)和降雨量預(yù)報(bào)的極限就會(huì)下降大約一天。

“我們的研究結(jié)果表明，氣候狀況總體上會(huì)影響你能說出關(guān)于天氣的準(zhǔn)確信息的天數(shù)，”大氣科學(xué)家 Aditi Sheshadri 說，他是該研究的主要作者，于 11 月 29 日發(fā)表在《地球物理研究快報(bào)》上。“更涼爽的氣候似乎天生更容易預(yù)測(cè)。”

天氣模式的廣泛變化以及極端天氣事件的頻率和嚴(yán)重性的增加是全球氣候變化的充分記錄的后果。這些對(duì)舊規(guī)范的背離可能導(dǎo)致風(fēng)暴、干旱、熱浪和野火條件超出基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)承受能力或人們的預(yù)期。

然而，由于更快的計(jì)算機(jī)、更好的物理大氣過程模型和更精確的測(cè)量，數(shù)值天氣模型通常仍然能夠比過去幾十年更可靠地預(yù)測(cè) 3 到 10 天的日常天氣。

這項(xiàng)基于簡化地球系統(tǒng)和綜合全球氣候模型的計(jì)算機(jī)模擬的新研究表明，每升高一度(攝氏度)，中緯度地區(qū)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的窗口就會(huì)縮短幾個(gè)小時(shí)。與寒冷的冬天相比，這可能意味著在溫暖的冬天為大風(fēng)暴做準(zhǔn)備和動(dòng)員的時(shí)間更少。

對(duì)于降水，溫度每升高 3 攝氏度，可預(yù)測(cè)性就會(huì)下降大約一天。風(fēng)和溫度的影響更小，溫度每升高 5 攝氏度，一天的可預(yù)測(cè)性就會(huì)降低。

雖然自 1800 年代后期以來，全球平均氣溫上升了 1.1 攝氏度(2 華氏度)，但并非所有地方都以相同的速度變暖。自 1970 年以來，一些城市的年平均氣溫上升了 2 攝氏度以上。季節(jié)性變化可能更加極端。

Sheshadri 說，需要進(jìn)一步分析來評(píng)估冬季天氣是否本質(zhì)上比夏季天氣更可預(yù)測(cè)，但新結(jié)果強(qiáng)烈表明，在溫暖超出其歷史規(guī)范的地方，可靠天氣預(yù)報(bào)的時(shí)間范圍更短。

蝴蝶效應(yīng)

這項(xiàng)研究是在政府準(zhǔn)備斥資 8000 萬美元用于開發(fā)天氣和氣候模型的超級(jí)計(jì)算設(shè)備之際，作為 11 月頒布的兩黨基礎(chǔ)設(shè)施??法的一部分。

但是，以完美的準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)未來 10 天或可能 15 天之后的特定天氣的問題不是可以通過更高的計(jì)算能力或更好的模型來解決的。地球大氣的混沌性質(zhì)對(duì)預(yù)報(bào)施加了不可逾越的限制。

這是氣象學(xué)家愛德華·洛倫茲 (Edward Lorenz) 在 1960 年代與“蝴蝶效應(yīng)”相關(guān)的發(fā)現(xiàn)的癥結(jié)所在。洛倫茲發(fā)現(xiàn)，初始條件的微小差異——比如蝴蝶扇動(dòng)翅膀的風(fēng)擾動(dòng)——會(huì)在地球天氣系統(tǒng)模型中產(chǎn)生截然不同的結(jié)果。

對(duì)于可能包含在數(shù)值天氣模型中的氣壓、溫度、風(fēng)速等的每個(gè)測(cè)量值，不確定性是無法避免的。隨著時(shí)間的推移，這些缺陷會(huì)在模型中傳播，因此當(dāng)您進(jìn)一步展望未來時(shí)，根據(jù)看似相同的初始條件做出的預(yù)測(cè)之間的差距會(huì)越來越大。在某一時(shí)刻，結(jié)果失去了彼此的所有相似性，并且與基于現(xiàn)實(shí)但隨機(jī)的起始條件的預(yù)測(cè)無法區(qū)分。據(jù)說此時(shí)的計(jì)算機(jī)模型“失去了對(duì)其初始條件的記憶”。

解開大氣混亂的影響是有價(jià)值的。氣象學(xué)家長期以來一直試圖確定天氣可預(yù)測(cè)性的內(nèi)在限制，部分原因是為了找到改進(jìn)地球氣候和大氣模型的方法。聯(lián)合國世界氣象組織估計(jì)，天氣預(yù)報(bào)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益每年至少達(dá)到 1600 億美元。

斯坦福大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)助理教授謝沙德里說：“我們正在努力了解是什么設(shè)定了這種可預(yù)測(cè)性的有限極限，以及它在不同氣候下可能如何變化，以便人們可以為這些變化做好準(zhǔn)備。”地球、能源與環(huán)境科學(xué)(斯坦福地球)。

對(duì)于大多數(shù)人居住的地球中緯度地區(qū)，新研究表明，隨著溫度升高，錯(cuò)誤在天氣模型中傳播得更快，而且趨勢(shì)變化似乎沒有任何溫度閾值。這組作者說，這似乎與對(duì)流層(離地球最近的大氣層)中被稱為渦流的風(fēng)暴的增長有關(guān)。過去的研究表明，當(dāng)空氣在地球表面回暖，改變垂直排列的熱和冷的氣氛燃料較快增長的渦流。

“當(dāng)渦流增長得更快時(shí)，模型似乎很快就會(huì)失去對(duì)初始條件的跟蹤。這意味著預(yù)測(cè)窗口變窄，”Sheshadri 說。