早前，美國國家氣象局（NWS）宣佈，一個稱爲GFS-FV3的全球數值預報模式將在今年3月20日全面投入使用，正式取代已應用30多年的GFS模式，成爲新的美國天氣預報模式。

　　美國曆時多年精心打造GFS-FV3，以期一舉趕上當今“最好用”的歐洲EC模式，這也是特朗普政府的“公開優先事項”。

　　不過，GFS-FV3卻並沒有如約亮相。讓許多科學家詬病的是，這個被寄予厚望的GFS-FV3在溫度預報上存在明顯問題，過度預報降雪以致引發了數次錯誤暴雪預警。

　　那麼，選擇FV3真的是美國政府“押寶”失敗了嗎？真實情況又是如何？本期，讓我們細細爲您道來。

　　背景·何爲FV3？

　　GFS，即 Global Forecast System，中文爲“全球天氣預報系統”，通常被稱爲“美國模式”，已經以各種形式應用了30多年。

　　目前的GFS模式在精確度上落後於歐洲模式 （簡稱EC模式），而且多年來一直如此。

　　2014年，美國啓動下一代天氣預報模式研發計劃。

　　2016年7月，美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）宣佈，NOAA地球物理流體動力學實驗室（GFDL）開發的FV3（Finite-Volume on a Cubed-Sphere，立方球有限體積）模式，從5個候選模式的PK中最終勝出，將成爲美國下一代天氣預報模式的動力核心模式，並在3年內開發出下一代預報系統。

　　（製圖：盧健）

　　FV3戰勝了我們上一期文章的“主角”MPAS，究竟有何獨到之處呢？

　　NOAA官方給出的說明是這樣的——Fv3在三個重要方面爲天氣預報帶來前所未有的準確性：

　　計算機使用（Computer Usage）——FV3可以有效地擴展到任何超級計算機上的可用資源，以獲得更快、更高分辨率的圖像。

　　垂直方程（Vertical Equations）——FV3使用垂直方程無限放大到局部尺度，並提供上下氣流波動的圖像，能夠“捕捉”到雷暴及其上升氣流。

　　表示（Representation）——Fv3通過連接的網格單元中的點表示天氣，因此可以解析不規則形狀的天氣。

　　根據NOAA當年的聲明：

　　基於FV3的新預報系統，將致力於改進8到10天以上預報的準確性；

　　對颶風路徑和強度給出更好的模式預報；

　　天氣預報延伸到14天，激烈天氣預報提前3到4周。

　　聚焦·“抗議風暴”持續發酵

　　然而，在近幾個月的公開測試中，許多使用過該模型的氣象學家紛紛明確表示：它極爲“不可靠”。

　　幾個月來，FV3 的預測結論一直是公開的，用作預報員評估該模式的實驗基礎。結果卻讓許多人大失所望。

　　當 NWS打算把FV3用作美國主業務模式的消息傳出後，氣象學家在推特上發佈了 大量的抱怨和負面評論。

　　（“這個新模式一點也不好。”美國國家廣播公司首席氣象學家道格·卡默勒在推特上寫道：“可怕的是，這就是我們將要長期依靠並使用的東西。”）

　　（最近剛剛退休的美國知名氣象預報服務公司AccuWeather高級副總裁邁克· 史密斯在推特上寫道：“我不認爲FV3能比現在的GFS提供更好的天氣預報。” ）

　　（美國大氣與環境研究公司氣象學家尤達·科恩在推特上寫道：“我對FV3降雪預報的能力沒有信心。”該公司是一家爲商業和政府客戶提供天氣預報的私營公司。

　　尤達·科恩本人則以對極渦的長期預測而聞名。）

　　大量使用過FV3模式的氣象學家擔心，這一模式還沒有準備好投入業務應用。而其中的關鍵問題之一，正在於該模式明顯傾向於過度預報降雪。

　　多個案例顯示，FV3未來幾天內降雪量的預測被錯誤地高估了：

　　美國哥倫比亞廣播公司附屬機構的首席氣象學家埃裏克·費舍爾表示：

　　波士頓今年冬天的總降雪量爲 6英寸（15.24 釐米），而FV3預測的降雪量爲“多次” 30英寸（76.2釐米）。

　　2月19日，官方曾發佈了FV3對美國東海岸和東北部地區未來五天的降雪預報，在預報中：

　　華盛頓地區週末將出現暴風雪天氣，降雪量將超過10英寸。而在最新的臨近預報中，降雪量幾乎爲零。

　　卡默勒說：

　　在過去的幾個星期裏（今年1月-2月間），FV3一直在空報暴雪。它持續顯示美國東海岸地區遇到了大規模的暴風雪，而EC模式不會顯示這一點。

　　在去年12月初，FV3預測：

　　華盛頓的降雪量將達到兩位數，四天後，一場風暴向南移動，而且沒有降雪。

　　在人口密集的美國東海岸和東北部地區，FV3甚至引發了錯誤暴雪警報。

　　對降雪的錯誤預報，問題到底出在哪？

　　目前，導致這種錯誤預報的原因其實已經明確：

　　華盛頓大學大氣科學教授克里夫·馬斯追蹤了降雪預報中的問題，確認：

　　未來幾天的溫度預測上出了問題，“把低層大氣的溫度報得過於低了”。

　　馬斯在一封電子郵件中表示：“這種對溫度預報過低的影響之一，是原本降雪量很低，但在預報中會出現過多的降雪——新模式的這個問題在美國全國範圍內屢見不鮮。”

　　讓“子彈”飛一會

　　雖然目前爭議很多，但綜合各方面信息來看：從長遠來看，FV3可以改善並幫助美國在天氣預報方面取得長足進展。隨着模式的改進，新模式長期的優勢完全抵得過短期的一點痛苦。

　　目前，FV3得到了NWS、NOAA、美國大學大氣研究聯合會（UCAR）的堅決支持：

　　UCAR主席安東尼奧·布薩拉齊表示：

　　他認爲，FV3將隨着時間的推移而變得更好。“根據降雪預報這一項來評估任何一個模式都爲時過早，我們需要考慮體系的整體。”

　　NWS國家環境預測中心代理主任大衛·諾瓦克說：

　　“沒有一個模式是完美的。氣象界知道這一點。我承認FV3存在“冷偏見”，我們正在努力解決這個問題。

　　要看到，FV3可以更準確地預報颶風的強度和急流，這種急流是由北半球附近的高空氣流驅動的，它決定了美國大部分的天氣系統。

　　FV3項目負責人路易斯·烏切利尼說：

　　在此前三個不同的夏季、冬季和颶風季節，該模式經歷了“嚴格而前所未有的測試和驗證”。GFS的這次升級，爲我們在未來改進數據質量控制、數據同化等奠定了基礎。

　　在2018年颶風lane期間，Fv3在未來4天(96小時)和5天(120小時)內做出了最準確的預報(或最小的跟蹤誤差) ，在72小時內與歐洲模型和美國國家颶風中心的預報不相上下。

　　作爲NWS的上級機構，NOAA最近與美國國家大氣研究中心（NCAR）達成協議，以加強預報員和研究人員在改進FV3方面的合作。

　　結語：

　　不可否認，MPAS 依託IBM“化身”GRAF，拋出“3公里分辨率”“1小時更新”這樣華麗的數據，大有“落敗選手王者歸來”的榮耀，也讓存在一些缺陷的FV3更顯“狼狽”。有不少人站出來評價，“原本當初就更看好MPAS模式”。

　　但就像UCAR主席安東尼奧·布薩拉齊說的那樣，“根據降雪預報這一項來評估任何一個模式都爲時過早，我們需要考慮體系的整體。”

　　無論國外還是國內，一項耗費巨大人力物力的工程，還是要多一些寬容和等待，讓“子彈再飛一會”，讓時間和實踐給出答案。