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气象台是如何预测天气的

发布时间: 2019-10-28 点击数:

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  虽然古人观察现象、寻找规律,早已经有了很多预测天气的经验,但是现代科学基础上的天气预报只有100多年的历史,她是通过简单的定时观测得出气压场、高低压、冷暖锋,并进行简单的线性推算这样一个简陋的手工作坊里发展起来的,而以数值预报为代表的对天气变化的简化物理过程的求解和运算只有几十年的时间。对于很多天气现象的发生、演变的内在机理和规律,人们还并没有完全掌握。气象科学还是早晨七八点钟的太阳,是一个极其年轻的学科。年轻人总是要犯错误的。

  美国麻省理工学院教授洛伦兹用一种形象的比喻来表达他的这个发现:一只小小的蝴蝶在巴西上空煽动翅膀,可能在一个月后的美国得克萨斯州会引起一场风暴。这就是混沌学中著名的“蝴蝶效应”,也是最早发现的混沌现象之一。在我们的眼前,似乎有“无数只蝴蝶的翅膀”在煽动着。且不论城市热岛、工业排放所产生的温室效应,就是这个星球错综复杂的地形地貌就对天气的变化产生着决定性的影响,而且植被、水体等等都在发生着微妙的变化,而这一切在模拟运算中无法进行详尽的描述。

  当然,我们并不会因为有“无数只蝴蝶的翅膀”就迁就天气预报的不准确,就如同学生不会因为自己考不了满分就慨叹考题太难。经常用“混沌”来进行自我安慰的人,还不具备预报天气的职业心理素养。

  要预测天气,首先要观察天气,从理论上讲,要明察秋毫,任何一个细微之处都不能放过。而人类本身并不具有千里眼、顺风耳,我们的眼睛有盲区。

  自从有了气象卫星,我们眼睛的盲区减少了,视野更加开阔了。台风无论多狡猾,都不会骗过卫星敏锐的目光,台风的螺旋云型、台风眼都一目了然,我们也才会胸有成竹地发布那些台风警报。但金无足赤,人无完人,气象卫星也一样。地球同步气象卫星目不转睛地注视着天气变化,但是它离地面的距离是36,000公里,比较遥远,分辨能力比较有限;极轨气象卫星的高度是800多公里,离地球近一些,但是它不可能目不转睛地观察特定区域,它的云图是拼接而成的,在观察一个特定区域时,相当于卫星有“眨眼睛”的毛病,而有一些天气就在“眨眼间”发生了。另外,如果有云层覆盖,我们就难以观察并测算植被、水体、沙尘的面积和强度等等,云层会掩盖很多秘密。

  我们没有一双可以洞察一切的慧眼,在分析和预测的时候会产生误差,这是不可避免的事情。

  人们常用“东边日出西边雨”来形容天气的局部差异。在地形比较复杂的地区,或者强对流天气 如暴、冰雹等 比较流行的季节,在一个范围很小的区域中,天气也常常会迥然不同。

  一座大山,迎风坡和背风坡,气温、降水量的差别非常大,因而植被的面貌也大相径庭。仅仅一山之隔,却展现着两种气候类型,古人说:始悟一岭隔,气候殊寒暄。

  而我们国家幅员辽阔,既有中高纬度大陆性天气系统的影响,也有低纬度海洋性天气系统的影响,各种天气灾害琳琅满目,是天气灾害种类最繁多、表现最剧烈的国家之一。我们用一两分钟的时间概述全国天气,只能“从大局出发”,描述大范围的特点,肯定会删减很多局地特殊性的天气现象,会遗漏很多天气情节,它无法表述那么纷繁复杂的天气变化。

  疾病的种类很多,而诊治各种疾病的难度各不相同。再妙手回春的医生也有误诊的时候,为天气把脉也常常碰到疑难杂症。

  我清晰地记得一个例子:一个台风刚刚生成,就气势汹汹地向东南沿海奔袭而来,我们发布了警报。可是台风却很诡异地停止前进,在原地就地休整。但是正当人们稍稍松了一口气的时候,它又杀了一个回马枪,重新瞄准东南沿海,于是我们再次警觉地发布台风警报,然而当警报声响起的时候,台风却大摇大摆地朝向太平洋扬长而去。最终这个台风让人们虚惊一场。事后有几位同事总结说:这个台风好像是专门来戏弄我们的。

  即使某种常规的天气过程,预报了不发生(行话叫:报空了),没预报发生(行话叫:报漏了)的情况也时常出现。长期以来,为了减少负面的社会影响,一些业内人士有一种“宁空勿漏”的心态。且不去议论业内的预报心态,我个人觉得,正是因为很多难度极大的预报,报错了 尤其是漏报 ,人们(包括领导)对于错误缺乏公允的评价,很多从事预报的同行经常有一种如履薄冰、如惊弓之鸟的感觉。我的一位领导有一句挂在嘴边的话:一万年之后,人们还会谈论天气预报准确性的问题。天气预报永远有不准确的时候。但愿他的这句话给一万年之后的观众也打个预防针。——天气预报的难题将长期存在。摸准老天爷的脾气的确是一件很艰难的事情。

  2004年春天,有位实习生对我说:到了夏天,你们怎么办啊?这一句话让我摸不着头脑。他解释说:大家都说,高温季节明明是40多度,你们却总报36度、37度的样子,怕引起恐慌,所以不敢报也不愿报高温。

  听了这样的分析,我线年的夏天,南方出现长时间、大面积的高温天气,缺水、缺电现象非常突出,大上海的夜间照明也采取了限制措施。在福建、江西、浙江,很多地区的气温像进行体育竞赛一样,气温新高屡屡被刷新,各大“火炉”交相辉映。于是有很多观众反映天气预报故意压低气温结果,隐瞒不报,甚至将其上升到了“剥夺百姓知情权”的政治高度。

  但实际上,对于2003年夏季的高温天气,气象部门恰恰做出了非常精彩、确凿的预报,仅中央气象台就破天荒地发布了31次高温预报和警报,而且对于气温的预报误差一般在一度左右甚至更低。可是,科学层面的精彩和公众层面的印象何以有如此强烈的反差呢?

  我们追根溯源,气温与人们的身体感觉(体感温度)的差异是引起抱怨和质疑的首要原因。

  我们所说的气温是指百叶箱里的温度,它是在草坪上,距离地面1.5米,通风,而且不受阳光的直射。但是我们的体感温度却受到很多因素的影响。同样的气温,阳光下和树荫下,感觉差别很大;有风和无风,差别很大;湿润和干燥,差别很大,感觉上的差别一般会在5度以上。而且在火辣辣的阳光烘烤下,地面温度,远远高于气温,当气温是35度的时候,表层土地的温度可能是50度,水泥或柏油马路的温度可能是70~80度,所以走在马路上的时候你感觉温度远远不止35度,于是对天气预报的怀疑产生了。

  实际上在天气预报的历史上,从来没有过在盛夏季节主观故意压低气温预报结果的情况。如果真有那样的事,完全是伤害职业道德的卑劣行为,也是我们自己难以容忍的!

  我拜读过大量关于预报多么精彩、分析多么成功的文章和总结,但是极少看到对于预报失败个例的分析、点评,似乎一些人不愿意触及伤疤,没有诚恳地探讨失败的职业氛围。一旦预报出现重要错误,气氛会变得很凝重,不敢提及,生怕伤害了谁的感情。

  北京电视台的天气预报在结尾处,有一屏是“某月某日天气预报满意率”,由观众为每天的天气预报结果打分。我每次都会认真地阅读这条信息,这是了解观众对于预报质量所持态度的重要渠道。满意率经常很高,百分之九十几甚至百分之百。但是也有满意率非常低的时候,比如预报了2004年6月14日和15日北京有“小雨”,但是老天爷就是不愿意配合,14日刮了一阵六级大风和一场扬沙天气,15日尽管天色阴沉、云层浓密,但偏偏不下雨,当天我路过一座游泳馆,那里的工作人员认出我来并开玩笑地说:“这两天天气预报这么不准,你还敢在大街上走 ”结果6月14日的天气预报满意率只有43%。当然,内行人都知道那几天预报的难度的确是非常大的。6月16日似乎老天爷终于被执著的预报感动了,下了一天的雨,但预报的最高气温是24度,而实际上下午的气温仅仅是17度,穿着单薄的人们被冻得哆哆嗦嗦,怨言丛生,但是6月15日对于16日预报的满意率是81.8%,看来虽然温度预报离谱,但是终究预报了降雨,大家还是很宽厚的。

  据说有几万个微分方程,代入当前和以往的海量天气信息后,对之进行近似计算,如此庞大的计算量只能通过大型计算机进行