为什么关于气候是否正在变化或有多大的变化这个问题仍然很混乱？为什么我们对于严冬和夏旱的出现仍然感到吃惊？仔细研究一下气候“问题”的实质，可知考虑做预报工作的分量比用巨大的电子计算机处理数据的工作要多得多。
设想有一条河道是迂回弯曲的。又设想你自己站在一条河流的桥面上，向下观望流经桥墩的旋流和涡旋。即使你能够把流经桥下的水的流动情况测量得十分准确，但是你却不能离开桥面，在流水的下游方向的任何地点进行同样的测量。现在，向你提出的问题是对于在下游方向的流水的流动情况要尽可能地做好描述，计算和预报的工作。
在上述情况下，不难得知，在预报方面你必将遇到三种本质不同的情况。它们所以会彼此不同，这是因为对于每一种情况，你所应用的物理学方法是不同的。它们是不同的问题。
首先，对于河道下游方向一段很短的有限距离，假如你善于运用运动方程，就能根据在桥墩地点的测量数据，把旋流和涡旋的确切形式和特征相当成功地计算出来。对于一个系统，给予它一组在初始情况下的数据，而预报它的演变，这是传统的解题方法。但应注意，即使你解题的本领很大，也不能保证对于流经桥墩的流水的测量毫无差错。如果发现水中的一个涡旋的运动的计算结果不符合实际情况，就不要沿着下游方向再计算下去。因为如果把在桥墩近处测量中发生的“误差”继续传送出去，就会很快使“误差”成倍地增加。除非你确知最初测量中的误差值，才可能估算朝下游方向到达多远，你的“动力计算”的解答是准确的。如果不了解河流中妨碍航行的隐物和河床本身的结构，就是这一个解答也不能认为是完全可以信得过的。只举一般大小的河道来说，做动力预报的领域可以（如果你幸运）长达几米。
其次，从桥梁开始的下游直到河道的第一个转弯点，河道是直的。在这一段河流中，虽然不可能把每一个旋流或涡旋预报出来，但是对于水流的一般情况的统计的特征，至少是可以讲得出来一些的。如果谈不上别的，一般说来你总会相当的把握，预报河水将继续向下游流去。如果你说在桥梁的上游方向所观测到的统计上的特征，在桥梁的下游还会继续维持下来或者重现，这却是把握不大的。把握不大的原因是你不能肯定在上游河道中的河床和水面下的隐物的分布情况与在下游河道中的情况是完全一样的。如果在上下游的水面之下的情况不同，则大规模流水的统计上的表现当然不会相同的。因为河道的底部受到河水湍流的作用，致使河底的洞穴和浅滩随时形成起来或消除掉而发生变化，这就使问题变得更复杂。因为详细的运动情况是不能预报出来的，因而河底的洞穴和浅滩的分布情况，以及水流的平均特征可能也是预报不出的。
虽然如此，关于上面所说的第二种情况可以作出定量说明的主要工具似乎是统计学，用以处理两组资料之中的一组或两组。这第一组是关于在桥梁所在地观测到的关于水流变动的资料。第二组是关于向“动力区”末端流去的水流的统计资料，第二组资料要比第一组资料好一些，这是因为对于河床结构的情况提供了最近时期的情报。比如，根据在动力区的观测记录与计算数值之间的差值，可以得到关于河床特征的一些情报，并且可以得知在下游地区的水流的特征将受到多大的影响。还有，这份情报尚可用以改善计算，求出下游地区统计资料可能受到的影响。
第三个即最后的一个情况出现在河道中第一个弯点以外的河区。你站在桥梁的高处，可以观测到河道弯曲对于水流所起的大规模的强迫作用，并且至少可以计算河道一般方向的改变。现在，你已回到进行机械计算并运用所熟悉的物理定律的纯理论领域中来了——尽管详细程度大减，并采用适合于这类问题的一组全然不同的定律。
这些长篇大论的观点可能是足够明白的。站在桥上的观测者——这是C. H. B. 普里斯特里博士建议给我的一个比拟——很像气象学家、气候学家的处境那样，企图预言将来的天气和气候。他也面临预报工作中的三种情况，而每一情况又表现为彼此不同并且是独特的科学问题。适用于一种情况的方法不适用于别的一种情况。做气候预报不单是天气预报做得更好和把时间延长的问题。
三段预报
河道的第一段情况与天气预报过程正好类似。这个过程是把旋转和涡旋在未来一周或两周的具体情况报出来。这必须确实了解有关大气参数（即了解当前的天气）的一些起始数值，还要懂得运用流体动力学的一些定律，并且还要运用当前十分详细的计算机模式进行运算。因为起始值的误差会传播并倍增，这种预报方法的应用范围会受到一定的限制。尽管对于某些气象要素的预报时限可望延长，但延长的时间只是几周的问题，不是延长几个月或几年的问题。
气象学家、气候学家的第二步工作是关于预报的时标要从几周到几年。必须再次强调一下，如果有人说在未来一年的某某一天的某某一个地点将要下降某某数量的雨水，比如像这样详细而具体的预报，这是没有希望的。实际上，目前的情况不外下面所述：现在我们拥有大约一个世纪的定量的天气纪录，有了这样长时期的统计记录，是有足够的条件把未来几年天气和气候的某些方面的出现概率，报出第一级的估计数的。这只是第一级的估计数，因为这是根据这样的一个假定而做出来的，即未来的统计数字仍然会跟过去的统计记录一模一样的。本来就是一个问题，还要做一个假定，因此对于这个问题，至少，求解的方法必须是清清楚楚的，这还要我们不斤斤计较统计资料本身有发生变化的可能性才行。
的确，这是一个难题。检查一下过去的纪录（见图），可知在各种不同的时标内，气候是变化不定的：实际上就是说，在某一段时期之内的统计数字不必（甚至不可能）与在别的一个时期之内的统计值是相同的。还有，似乎统计数字中出现的变化的大部分很像在河道中所看到的那个样子。由天气系统中的某些旋转和涡旋在“边界条件”中引起的一些变化，会对长时期的气候统计数字产生影响。还有，与河流中的情况类似，因为对于未来某一种天气的具体情况是不能预报的，那么未来气候的统计数字中大多数的变化情况也是不能预报的。
气候学家所遇到的第三种情况与整个系统的主要变化有关，这种变化是整个系统的外界各参数发生变化的结果。关于河流，其外界参数是它的弯曲。关于气候系统，其外界参数则为太阳辐射的变化，大气中二氧化碳含量的增加，地表反射率的变化，等等。谈到这里，气候学家又要有些高兴了，因为他所研究的是一个物理学问题，这个问题虽然与短期天气预报完全不同，但是这个问题至少还是可用众所周知的物理学来对待的。说句讽刺话，气候学家对于这种情况或许感到很高兴的，理由很简单，这就是他可以笃笃定定地不必多方设法去验证他的假设了。他的预报可能是不对的，但至少他会感到高兴。第一种情况和第三种情况的物理过程的基本差异是容易鉴别的。前面已经提到，关于第一种情况的短期天气预报主要是流体动力学中的一个问题。这牵涉到各个成分之间的具体的相互作用，而这些历史上气候变化表示出许多周期性变化，在做趋势预报中，这些周期变化情况有多大用处相互作用是必须都要同时处理的。使用电子计算机是传统的手段。第三种情况是长期气候变化，这基本上崖热力学中的一个问题，特别是与稳态热力学有关的问题。这门科学是专门研究各种系统的变化过程的，在这些系统中包括着相当多的要素，相当多的过程，或者还包括与变化过程有关的相当多的自由度。
事实上，第二种情况与另外两种情况的基本差异是不容易区别得出来的。表面上：似乎不外把流体力学和热力学结合起来运用的问题。不过，根据时标长短的不同，这两门学科中的哪一门要多用一些，哪一门要少用一些，则是可以变动的。事实上，这个问题的牵涉面比上面谈的还要广。
目前，广大地区的大气环流模式是~ 些被创制出来试图解决天气问题的工具。这些模式把大气的运动描述得非常详细。如果把有关现在天气的数据馈送给这些模式，就可以做出未来大约四天的天气预报，有显著的效果。如果，在模式中使用规定的热力学边界条件（比如一定地点的海面温度，云量或地面反射率），把模式“运算”时间增长，则在模仿大气环流的统计数字方面就会得同样的效果。也就是说，用这些模式模仿中期气候的统计数字，比如一般季节的一般条件，也是成功的。这些模式是很有用的试验台，可以回答这样的一些问题，比如“如果某某一个地点的海面温度比常年为高，将会发生什么？”
季节气候预报
如果用这种模式来计算而不仅是用以描述“热力边界条件”（比如海面温度或云量）就会发生一些问题。再一次冒出来的基本问题，这就是在盼望算出一般的未来气候情况之前，是否必须先就知道未来大气运动的详细情况。这是一个具有广泛意义的问题，不单限于做气候预报。这是非线性系统的基本物理过程中的一个复杂的本质问题，这与第一和第三种情况中比较简单的物理过程是很不同的。如果对这个问题的答复是肯定的，就是说在做气候预报之前必须把未来大气运动的详细情况预报出来，那么，我们的处境就十分困难。气候的季节和年度预报的前景就将退回到不可能的境地。
不过，气候学家们很希望这个问题的答复· 至少在性质上是否定的。中期气候的某些方面还是可以预报的，虽然气候情况中大多方面还是预报不出来的。即使有一份情报，其大意只是说来年冬季将比常年潮湿，其概率是6比4，这也比全无这份情报要好一些。无论如何，我总认为，气候预报不会直接来自什么机械式的模式，而是来自对过去的天气观测和气候观测的记录的持续性和相关性进行仔细的分析（并根据典型的活动情况给予解释）。
[本文选自New Scientist 1979年4月19日。刘仁厚译]
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*作者为澳大利亚联邦科学和工业研究组织的气候学家