说明:1993年的这篇文章呼吁气象工作者应当重视由幺枕生教授倡导的气候概率研究,载于1993年8月16日中国气象报三版。

中国气候概率研究值得重视

张学文    丁裕国

朱瑞兆曾经写道“1983年...在上海举行全国运动会,事实证明是错选了运动会地点,使隆重的开幕式因暴雨两次改期”。上述错误是否可以避免呢?估计如果事先对上海发生暴雨的气候概率有所分析,是可以避免这种错误决策的。


在气象服务工作中,实际上涉及气候概率知识的问题非常广泛。在设计铁路、公路、水利工程、城市排水系统、乃至防洪、抗旱工作中,人们经常要求气象上能提供某量级的雨“多少年才出现一次”这样的数据。这种“百年一遇”、“千年一遇”之类的问题很多。其实这都是气候概率问题的另一种提法。实际上,只要气象预报(含长期预报)尚做不到10O%准确,“概率”应该是我们在服务工作中应当使用的科学词汇。


从以上讨论中不难看到,在各个气象服务领域中实际上都存在着各种气候概率问题。从理论上如何为各地区各季节的不同气象要素提供适当的统计分布数学模型,则是气候概率研究的关键。关于这一领域,在国际上一直受到各国学者的重视。已经提出的气象要素概率分布模型包括有温度、降水、气压、凤、温度、辐射、云、各种天气现象以及大气环流的参数等多种项目。但是到目前为止,大多数研究成果还缺乏系统性、全面性、普适性。因而没有地区上的可比较性,给应用带来困难。过去我国学者对此领域开展的研究也不够全面。面临气象服务任务时,往往临时借鉴国外的经验关系和数学模型。这样做不仅科学性不够,而且提供的模型或参数不当,会造成潜在的经济和社会效益损失。


中国气候复杂有明显的地域牲。为完成中国气候的概率研究,必须进行十分庞大的资料处理和理论计算。但是从统计学上讲,气候概率研究的核心任务就是找出气象要素的概率分布函数。例如你需要知道乌鲁木齐1月份的平均最低气温是多少,要知道它的标准差有多大,要知道10年、30年、50年一遇的低温值各是多少,那么只要知道了最低温度的概率分布函数,上述参数都是可以一一求算出来。


以往的气候研究一般是在“气侯平均值”的基础上进行的。从概率分布函数角度看,平均值仅仅是这个函数的一个参数(是很重要的一个参数)。因此气候的概率研究实质上是平均值的气候研究的进一步发展。要想找出例如乌鲁木齐的最低气温的概率分布这个函数来要求有多年的最低温度数据;还要进行一定的理论分析,最好是找出适合于表述这个函数的解析式来(如正态分布等等)。可见为了求出一个要素在一个地方的分布函数,我们就要投入不少的人力步分析。


如果要对几十个气象要素在数百个测站对不同月份或季节进行上述研究,我们的工作量就要加大不止万倍!如果进而研究不同要素(如日气温与月气温)的概率分布之间的关系,研究不同测站、不同季节的概率分布的关系。那么上述工作量可能还要加大。


由此可见,要完成对中国气候的概率研究是一项十分、巨大的系统工程。


众所周知,各种气象要素的概率分布函数的数据基础必然是当地已经积累了多年的观测资料。统计学上经常说要有充分大的样本,一般认为在30年以上。否则就认为资料过少,难以求得可信的结果。目前我国多数气象站的资料是否已够了呢?由于我国多数气象站建于50年代,它们已累积至少有30-40年的资料,这已初步超过统计学对样本个数的最低要求。因而,可以说我们已初步具备全部研究气象出概慨率分布问题的数据基础。在这种资料条件下求得的成果已具有一定可信程度。


不少概率分布研究是在分析逐日甚至逐时气象数据的基础上进行的。因而这一研究要涉及很大的数据量。这些数据即使用计算机去计算也必须由人工建立数据库输入计算机。因而搞这项工作的一个重要条件是有关的气象资料早已在磁性载体上存好,从而便于计算机很快调入内存分析计算。早在70年代国家气象局就已经开展“气候资料信息化”工作,到了近年,多数气象站的气象资料已经存在磁带上。这就为开展气候概率研究提供了自动处理数据的良好条件。


我国正处于大规模建时期,要上马的工程很多而这些工程的设计过程中经常要考虑各种气象要素的“百年一遇”、“××年一遇”的极值大小。我们提供的参数过小易于出事故造成生命财产损失,参数过大又提高造价,因而提供有科学依据的气象参数本身就有极大的社会潜在经济效益,所以搞好这项研究有利与经济建设。


气候的概率研究,绝不是简单的统计平均,它是借助于概率统计理论的各种数学模型,结合各地各种气侯要素观测资料开展的应用性理论研究。可以说,气候的概率研究是气侯资源研究的深化与发展。其研究成果将更加指引我们充分利用各地的气候规律,趋利避害,从而达到最大限度地利用气候资源,最大限度地估计气候灾害发生的可能性。

张学文1999年5月从1993年8月16日中国气象报三版转载。