“天氣預(yù)報公信力”抽樣調(diào)查

2011年暑期，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院本科生“天氣預(yù)報公信力”暑期社會實踐團隊，在南京市及周邊地區(qū)走訪調(diào)查，收集了近千份問卷（961份有效，超過南京市常駐人口816.1萬的萬分之一）。此次調(diào)查統(tǒng)計，公眾關(guān)注天氣預(yù)報的方式以手機（56.2%）和網(wǎng)絡(luò)（50.1%）的比例最高，其次是傳統(tǒng)媒體電視（43.5%）、報紙（34%）和廣播（29.3%）。對于關(guān)注天氣預(yù)報的內(nèi)容，公眾關(guān)注晴雨和溫度的比例分別為69.3%和64.6%，關(guān)注風(fēng)級和生活指數(shù)的比例分別為33.2%和31.7%。

圖1：關(guān)于“您認為天氣預(yù)報出現(xiàn)誤差的情況很多嗎？”的公眾調(diào)查（南京大學(xué)“天氣預(yù)報公信度考察小組”暑期實踐團隊，2011）

關(guān)于準確度方面的調(diào)查（圖1）顯示，過半數(shù)被調(diào)查者認為天氣預(yù)報出現(xiàn)誤差情況很多，三分之一以上的認為天氣預(yù)報常常出錯，僅有9%左右的人認為天氣預(yù)報出錯的情況很少。有意思的是，81.9%的人都選擇因為天氣預(yù)報做出相應(yīng)的準備（圖2），且有82.6%的人認為天氣預(yù)報的信息能夠滿足他們的需求（圖3）?？梢?，大多數(shù)人認為天氣預(yù)報是有用的且會采取相應(yīng)準備，天氣預(yù)報信息的內(nèi)容是符合需求的，但同時公眾又對天氣預(yù)報的準確性提出了較高要求。統(tǒng)計結(jié)果還表明，公眾對于天氣預(yù)報的信任程度與出行方式和工作場所有很大關(guān)聯(lián)。當然，關(guān)于公共氣象服務(wù)，需要更多更全面的調(diào)查研究。

圖2：關(guān)于“您是否會因為天氣預(yù)報做出相應(yīng)的準備？”的公眾調(diào)查（南京大學(xué)“天氣預(yù)報公信度考察小組”暑期實踐團隊，2011）

圖3：關(guān)于“天氣預(yù)報的信息能夠滿足您的需要么？”的公眾調(diào)查（南京大學(xué)“天氣預(yù)報公信度考察小組”暑期實踐團隊，2011）

天氣預(yù)報真的沒有以前準了嗎？

隨著國家在氣象方面投入的增加，氣象資料越來越豐富，氣象模式、預(yù)報手段、計算條件的提高，使得國際國內(nèi)的氣象預(yù)報的水平客觀上是逐步提高的。然而調(diào)查中，相當數(shù)量的公眾覺得現(xiàn)在的天氣預(yù)報不如幾十年前準?？赡茉蛉缦拢?/p>

1) 近年來隨著全球變暖和城市化等自然和人類活動條件異常情況的加劇，對更加頻發(fā)的極端事件的預(yù)報，原本的預(yù)報經(jīng)驗和預(yù)報模式可能會產(chǎn)生更大的偏差。預(yù)報經(jīng)驗和模式都是建立在以前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)上，現(xiàn)在的所謂異常就和以往的慣例出現(xiàn)偏差。另外，數(shù)值模式在不斷升級換代，預(yù)報員也需要不斷適應(yīng)新的天氣模式。因此，經(jīng)驗和模式的代表性可能不如以前，相應(yīng)的預(yù)報結(jié)果就會出現(xiàn)不如以前準確的情況。

2) 在我國天氣預(yù)報只有氣象局和其授權(quán)單位才能發(fā)布，其余機構(gòu)發(fā)布就是違法行為。氣象臺的預(yù)報信息是實時更新的，各種渠道的網(wǎng)站、電視臺、手機軟件等獲取預(yù)報信息的時間和來源不一樣，這些氣象服務(wù)造成的差異就導(dǎo)致大家認為天氣預(yù)報的隨意性很大。同時，氣象愛好者越來越多，這是關(guān)注氣象發(fā)展的好事情。但是業(yè)余做預(yù)報很多是個例分析，沒有擔責任的壓力，非法發(fā)布的機構(gòu)是不能為其發(fā)布的信息負責的。值得注意的是，氣象預(yù)報員團隊有嚴格業(yè)務(wù)訓(xùn)練基礎(chǔ)和專業(yè)知識，尤其是在數(shù)值模式缺乏預(yù)報能力或預(yù)報結(jié)果不確定性很大的極端天氣情況下，需要運用很多氣象知識和經(jīng)驗，涉及到如何及時發(fā)出天氣預(yù)警，減少生命和財產(chǎn)的損失，這需要冒著風(fēng)險和巨大壓力做出預(yù)報。

3）由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，如果說氣象技術(shù)，特別是硬件發(fā)展還能跟上經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展速度的話，但是相對人們出行范圍的擴大，出行頻率的提高，對氣象服務(wù)需求的日益增加，對應(yīng)的服務(wù)方式、服務(wù)手段和服務(wù)效果往往達不到人們現(xiàn)在的預(yù)期，這種心理落差會導(dǎo)致其產(chǎn)生主觀想法：即天氣預(yù)報不如以前準。

4) 各種新媒體對于氣象災(zāi)害的迅速預(yù)報，對高影響天氣（即對人民生產(chǎn)生活帶來重要影響的天氣事件）致災(zāi)的渲染，從心理上加深了人們對預(yù)報不準確事件的記憶。媒體報道對高影響天氣的極高關(guān)注度也給氣象部門帶來壓力。2015年1月，美國國家氣象局（NOAA/NWS）預(yù)報員就暴風(fēng)雪空報事件進行了道歉，也引起了一些氣象學(xué)者的爭議。從科學(xué)角度來看，天氣預(yù)報不可能保證每次都對，更何況極端天氣預(yù)報，因此更需要做的是對公眾普及科學(xué)知識。

5) 最后，重大天氣過程往往伴隨著多種氣象衍生災(zāi)害，例如山洪暴發(fā)、泥石流、森林火災(zāi)等。2005年美國Katrina颶風(fēng)的預(yù)報是比較準確的，但是海水倒灌、城市內(nèi)澇等導(dǎo)致了很多災(zāi)難?？梢姡皶r地根據(jù)天氣預(yù)報做出一系列應(yīng)急響應(yīng)（包括通訊預(yù)警等），提高公眾對極端天氣的認識和對氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)意識也是非常必要的。

天氣預(yù)報的發(fā)展水平

國家在氣象發(fā)展上投入了很多力量，天氣預(yù)報等氣象服務(wù)也取得了巨大的進步，但隨著科技進步和生活水平的提高，人們對天氣預(yù)報的需求越來越高。例如大型運動會要求預(yù)報精確到足球場地的小范圍，足球開賽的精確時段。這樣定點、定時、定量的預(yù)報需求往往意味著很多科學(xué)難題以及巨大的公共服務(wù)成本支出。

“為什么一開運動會就下雨？”這涉及到預(yù)報時效。組織者一般會提前1-2月組織運動會，有可能準確挑出晴天嗎？自1948年以來，依賴于觀測資料、氣象模式和大型計算機的數(shù)值天氣預(yù)報成為天氣預(yù)報的主要手段。大氣是一個非線性動力系統(tǒng)，具有混沌特性（由上世紀60年代美國科學(xué)家洛侖茲提出)，微小的初值誤差隨著時間的演變也可能會導(dǎo)致未來不同的天氣狀態(tài)（又稱之為“蝴蝶效應(yīng)”）；因此數(shù)值天氣預(yù)報存在很大的不確定性，一個完美的大氣模式也只有2周左右的可預(yù)報性（Lorenz 1963）。正如古語所言：“差之毫厘，謬以千里”。這里我們討論的是天氣預(yù)報。天氣是局地較短時間尺度的大氣具體狀態(tài)，氣候則是一個地區(qū)大氣的長期平均狀態(tài)。氣候預(yù)測，例如冬冷夏熱的長期平均態(tài)，是遠超過天氣預(yù)報周期的，但“能預(yù)測出明年夏天某一天早上是否下雨”是不科學(xué)的。

那么天氣預(yù)報到底發(fā)展到了什么水平？目前數(shù)值模式對大氣環(huán)流及形勢場預(yù)報（例如副熱帶高壓的位置），世界各地預(yù)報中心的全球模式的預(yù)報能力從5-6天到最長的10天（歐洲預(yù)報中心ECMWF）不等。而降水預(yù)報的預(yù)報時效比氣壓、溫度等氣象要素短的多。在公眾的印象中，降水預(yù)報出現(xiàn)誤差情況更多。

 “局部地區(qū)是什么地方，怎么老下雨？”這涉及到預(yù)報精度。為什么降水這么難預(yù)報？“天有不測風(fēng)云”，從觀測、機理到高精度的數(shù)值模擬，都不能精確描述云和降水過程。相比于氣壓和溫度等大尺度氣象要素場，降水場在時空上是不連續(xù)變化的，也就是云和降水發(fā)展的非線性更強，導(dǎo)致降水預(yù)報的不確定性大，降水預(yù)報的精度更低，預(yù)報時效更短。當預(yù)報雨區(qū)劃分不精確的時候，就會聽到某個省的局部地區(qū)下雨這樣的預(yù)報。

降水預(yù)報的改進也是相對緩慢的。以代表國際預(yù)報發(fā)展水平較高的美國為例（圖4），在過去半個多世紀，大雨（25毫米/天）的短期降水預(yù)報（1-3天）水平逐步提高（TS評分越高越好，完美的評分是1）。而暴雨（50毫米/天）以上量級降水、短時強降水、局地對流性降水的預(yù)報水平更低。需要指出的是，由于天氣條件不同（例如中美兩國的干濕等氣候背景不同），不同地區(qū)的天氣預(yù)報評分并不能客觀地橫向比較。中國幅員遼闊、地形和氣候條件復(fù)雜，給天氣預(yù)報帶來很大的挑戰(zhàn)。我國的天氣預(yù)報包括降水預(yù)報水平也在逐步提高（圖5）。

對于地形復(fù)雜的地區(qū)以及天氣條件急劇變化的情況，溫度、地面風(fēng)場等的預(yù)報也往往存在很大挑戰(zhàn)。局地的天氣系統(tǒng)（例如局地的冰雹、暴雨）也比大的天氣系統(tǒng)對應(yīng)的天氣（例如大范圍降水）的預(yù)報準確度要低一些。而對于龍卷風(fēng)這樣生命史短、發(fā)展迅速、強度大、破壞性強的極端天氣，數(shù)值模式很多時候是預(yù)報不出來的。

根據(jù)預(yù)報精度和預(yù)報時效的需求，不同用戶對天氣預(yù)報準確度的實際應(yīng)用也不同。例如，某美國氣象保險公司，在預(yù)報颶風(fēng)登陸的前十天就開始加強颶風(fēng)保險的推銷，隨著預(yù)報登陸的時間臨近，銷售策略是保險逐漸漲價。但是到預(yù)報登陸的前兩天，撤離危險區(qū)的居民迅速增多，同時保險公司開始停止銷售。

綜上，一方面，數(shù)值預(yù)報在降水預(yù)報等方面還有很多工作要做。另一方面，與氣溫、氣壓等較大尺度的氣象要素場相比，降水預(yù)報的可預(yù)報性較低，公眾對降水預(yù)報，特別是暴雨等極端天氣預(yù)報的準確度期望要放低。天氣預(yù)報的進步包含了幾代氣象科研人員在數(shù)值模式、觀測手段和預(yù)報員的預(yù)報能力等方面的集體貢獻。未來精細化天氣預(yù)報的準確度，也是受到可預(yù)報性與天氣預(yù)報發(fā)展水平制約，不會迅速提高和突破。

圖4. 美國國家大氣海洋局（NOAA）國家環(huán)境預(yù)報中心天氣預(yù)報中心（NCEP/WPC）定量降水預(yù)報TS評分檢驗（1英寸/天=25.4毫米/天，可對應(yīng)中國大雨量級25毫米/天；0-24小時預(yù)報：紅線；24-48小時預(yù)報：綠線；48-72小時預(yù)報：藍線）（圖引自美國大氣海洋局NOAA/NCEP/WPC）

圖5. 國家氣象中心定量降水預(yù)報TS評分檢驗（大雨量級25毫米/天；0-24小時預(yù)報：藍線；24-48小時預(yù)報：黃線；48-72小時預(yù)報：綠線）（圖：國家氣象中心代刊 提供）

天氣預(yù)報的未來趨勢

2015年美國氣象學(xué)年會關(guān)于25年后（即2040年）的天氣預(yù)報做了展望，在科技進步、氣象觀測和數(shù)值模式發(fā)展的基礎(chǔ)上，做好天氣預(yù)報服務(wù)是未來發(fā)展的趨勢。伴隨著令人炫目的高科技和信息化新時代的到來，我們需要面向公眾多樣化氣象服務(wù)的需求，面向改善人類居住環(huán)境和適應(yīng)氣候變化等目標，開展精細化天氣預(yù)報服務(wù)，開發(fā)多樣化的氣象產(chǎn)品，讓公眾快速獲取氣象信息，有效提高防災(zāi)減災(zāi)能力。

總之，“天氣預(yù)報是大氣與環(huán)境服務(wù)的重要組成部分；預(yù)報科學(xué)的科學(xué)性、工程性和藝術(shù)性均服務(wù)于天氣預(yù)報、服務(wù)于人民?！保ㄖ燔S建2010）

延伸閱讀

1）概率預(yù)報

2011年暑期，南京大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院本科生“天氣預(yù)報公信力”暑期社會實踐團隊調(diào)查走訪，發(fā)現(xiàn)不少人對概率天氣預(yù)報是不理解的，甚至可以說是很不滿的。比如，預(yù)報明天下雨的概率是28%，他們就不明白了，他們認為一件事情發(fā)生和不發(fā)生的概率應(yīng)該是各一半（例如拋硬幣），預(yù)報的準確性這么低還有什么意義，認為這是氣象部門在打擦邊球。具有一定專業(yè)基礎(chǔ)的人可以看出，他們不了解概率的知識，不知道條件概率的情況，也混淆了準確率和概率的概念。調(diào)查中遇到即便是受教育程度很高的人，他們也未必對氣象專業(yè)名詞有太多了解。概率天氣預(yù)報是根據(jù)一組天氣預(yù)報模式（集合預(yù)報）和后處理制作的，表明了發(fā)生該種天氣條件的可能性大?。桓怕试礁?，則表示可能性越大。相對于傳統(tǒng)的確定性預(yù)報（例如有無降水），概率預(yù)報提供的是出現(xiàn)該天氣現(xiàn)象或某種氣象要素值出現(xiàn)的可能性。

為了解決這些問題，一方面，在新業(yè)務(wù)開始之前，需要做必要的可用性調(diào)查；另一方面，在氣象技術(shù)高速發(fā)展的今天，引進新的名詞、新服務(wù)之類的確是必要的，但必須做好配套的知識普及工作，例如概率天氣預(yù)報的電視講解講座。美國學(xué)者做過公眾調(diào)查，以了解公眾對概率形式的預(yù)報的接受程度。發(fā)現(xiàn)采取確定性預(yù)報的形式來表征預(yù)報的不確定性，例如“給出明天預(yù)報的溫度在35-39度之間（80%的概率區(qū)間，35度和39度分別對應(yīng)低概率10%和高概率90%），50%中位數(shù)對應(yīng)37度”，這種表達比單純預(yù)報37度更容易獲得公眾的理解。

2）重現(xiàn)期和頻率

重現(xiàn)期經(jīng)常被用來替代某一事件發(fā)生的頻率，即重復(fù)出現(xiàn)的時間間隔的平均數(shù)，重現(xiàn)期和頻率互為倒數(shù)。例如在某地發(fā)生大暴雨的概率很低，媒體愛用的“百年一遇”在統(tǒng)計上的意思是某地某年出現(xiàn)超過大暴雨的降水是1%的概率（1/100=1%），也就是指該事件的重現(xiàn)期為一百年。這并不意味著一百年內(nèi)不會出現(xiàn)第二次，例如某地兩年連續(xù)出現(xiàn)這樣大的暴雨的概率是萬分之一（1%*1%）。當然，如果某地年年可以出現(xiàn)這樣大的降水，那么氣候頻率就會改變，這是氣候變化的研究內(nèi)容。另外，需要注意的是，在水文學(xué)和氣象學(xué)實踐中，發(fā)生頻率和重現(xiàn)期是通過實測資料進行估算的，具有統(tǒng)計平均意義。

3） 天氣預(yù)報的檢驗評分

對天氣預(yù)報的準確度評價有一系列客觀評估標準和評分，是對天氣預(yù)報結(jié)果和觀測進行對比和量化評估，即天氣預(yù)報檢驗。以降水預(yù)報常用的TS統(tǒng)計評分為例，它的定義為超過某一氣象要素閾值的Threat Score（TS） = [命中數(shù)/(命中數(shù) 漏報數(shù) 空報數(shù))]），TS評分在0-1之間變化，分數(shù)越高越好，完美預(yù)報的TS評分是1，即漏報數(shù)和空報數(shù)都為0的情況下，TS評分最高。當提到對于24小時暴雨預(yù)報，先進國家水平的TS評分也只有0.2左右的時候，公眾又不理解了，認為50%概率還有0.5呢。這里是混淆了預(yù)報概率和預(yù)報評分的概念。預(yù)報評分是針對預(yù)報和觀測發(fā)生的天氣事件的統(tǒng)計（如一段時間內(nèi)，一個比較大的范圍，例如圖4是全美國的逐年大雨預(yù)報統(tǒng)計），而不是某次天氣事件或某種天氣要素超過一定閾值的預(yù)報概率。

4）關(guān)于氣象觀測和預(yù)報標準的疑問

在2011年的調(diào)查中，社會公眾也對氣象部門的天氣預(yù)報和觀測提出疑問。首先，氣象觀測和天氣預(yù)報在世界氣象組織（WMO）和中國氣象局都是有嚴格的標準和制作流程規(guī)定。

氣象站對每一個氣象要素的觀測都執(zhí)行嚴格規(guī)定。以氣溫觀測為例，溫度計是放置在氣象百葉箱內(nèi)，減少太陽和風(fēng)等對溫度測量的干擾，離地面的高度標準是1.5米。這樣觀測的氣溫和公眾在地面放置溫度計暴曬的溫度不是可比較的，夏季最炎熱的時候地面和標準氣溫測量的溫差甚至可達二十度以上。而氣象站對對地表溫度和土壤溫度的觀測還有不同的標準。另外氣象站的觀測到的氣象要素是代表站點的天氣條件，鄰近位置（海拔、植被條件等不同）得到的觀測很可能不同，特別是局地性的降水，雨量計所在地和附近局地的雨量可能會有很大差異。

社會公眾還提出天氣預(yù)報制作標準的疑問，例如夏季高溫天氣，是否各地政府部門對氣溫的播報要求不同，天氣預(yù)報的結(jié)果是否會被一些政府職能部門所影響呢？江蘇省氣象臺首席預(yù)報員韓桂榮，回答了類似的疑問：“需要澄清一下，我們播報天氣該怎么樣就怎么樣，氣象部門的工作是科學(xué)嚴謹?shù)?，不會受任何部門的制約?！?/p>

參考文獻：

Lorenz, E. N., 1963: Deterministic nonperiodic flow. J. Atmos. Sci., 20, 130-141.

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公安部治安管理局,2011:中華人民共和國全國分縣市人口統(tǒng)計資料(2010年).群眾出版社,323pp.

南京大學(xué)“天氣預(yù)報公信度考察小組”暑期實踐團隊,2011：天氣預(yù)報遭遇信任危機？.金陵晚報,2011年12月16日教育新聞B12版面.

彭琳玲,孫敏,潘益農(nóng),2012: 基于條件價值評估方法分析中國公眾氣象服務(wù)效益．氣象科學(xué),32(4):411-417．

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