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准确预报天气还是件挺难的事

来源:科普时报 作者:婉 珺 2018年03月30日 11:51
[导读] 

受限于气象科学认知水平

准确预报天气还是件挺难的事

□ 婉 珺

3月23日是第58个世界气象日。

气象离我们的生活很近,风霜雨雪,与每天的生活都息息相关。但了解气象的人很少,天气预报是怎么来的,为什么有时报不准?中国气象局影视中心总工程师朱定真谈了个中原因。

人们平常所说的计算机天气预报指的是气象数值预报,是把现实中的物理现象描述成数学模型,通过计算机进行演算来预测这些物理现象将如何发展。可以说,气象科学就是探究如何用数学方程来描述物理现象的过程。

然而,天气模拟过程中涉及的变量非常多,需要集合大量的信息才能反映出天气的变化特征,这就需要巨大且没有上限的计算能力,无论计算能力提升到多高的水平,对气象来说都是不够用的。现在流行的“云计算”“大数据”,在气象的研究和应用中都不是新鲜事。

好的天气预报除了最强的计算能力,还需要准确的观测信息,因为只有知道了今天的温度,才能根据模型算出明天的温度。如今,全球范围内建设了许许多多的观测站,数量还在不断增加,但依然无法满足气象研究和预报的需求。理想状态下,我们希望观测站均匀分布在地球表面,最好顺着经线和纬线的方向每隔一公里设立一个站点用来收集数据。姑且不论在大海中央建观测站的难度,即便是在陆地上这也是难以实现的。当然只有地球表面还远远不够,毕竟我们要模拟的大气层并不是只有一个平面,不同的高度也都需要设立观测站。所以我们需要遥感,需要卫星从天上进行观测。通过卫星遥感技术我们能够将大气中不同层次的物质反应和运动规律反演出来。为什么现在我们能够很好地预报出台风,正是因为当台风在海上刚刚形成的时候就通过卫星看到它了,之后如何发展、如何运动也一目了然。

无论是超级计算机,还是遥感卫星,都是气象预报工作中必备的技术。它们帮助预报员算得更快、看得更远。但受限于人类目前对气象科学的认识水平,我们仍做不出完全准确的天气预报。

2017年,中国气象局已经被世界气象组织命名为世界气象中心。除了数值预报较世界一流水平还有差距以外,我们的观测网络已经不亚于世界强国。面对气象灾害时的一整套防灾减灾体系,中国已经达到国际一流水平。以前我们说“抗台风”“战台风”,现在我们说“防台风”,台风来之前该撤退的撤退,科学应对。同等灾害发生的情况下,人员伤亡程度和经济损失都在逐渐下降。中国幅员辽阔,遇到的气象灾害也更多,所以我们对灾害更了解,应对的经验更丰富。

气象学所涉及的知识面非常广,说它是“上知天文,下知地理”也不夸张。气象学研究的不单单是刮风下雨,而是从海洋到太空,涵盖了大气圈、水圈、 岩石圈、生物圈、冰冻圈组成的“五大圈”。气象系统是一个开放的系统,会受到来自各个方面的影响,无论是太阳光的照射,还是海水的流动,都会影响到气象变化。亚马逊雨林的一只蝴蝶扇动翅膀,可能会引起德克萨斯州的一场龙卷风——洛伦兹的“蝴蝶效应”,描述的就是天气的敏感性。气象学研究中,我们需要用到物理学去解释大气和海洋的运动,需要用到化学来了解物质的变化,需要用到数学来统计和计算。研究气象的人,需要学习数学系的数学、物理系的物理,在有了非常强的基础之后,才来学气象这个专业。除了基础科学,气象学还要用到最尖端科技,无论是最强的超级计算机,还是最新的探空卫星,都会在第一时间应用到气象学中。甚至有人说,气象学的发展代表了一个国家的国力。

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