受限于氣象科學(xué)認(rèn)知水平

準(zhǔn)確預(yù)報(bào)天氣還是件挺難的事

□ 婉 珺

3月23日是第58個(gè)世界氣象日。

氣象離我們的生活很近，風(fēng)霜雨雪，與每天的生活都息息相關(guān)。但了解氣象的人很少，天氣預(yù)報(bào)是怎么來(lái)的，為什么有時(shí)報(bào)不準(zhǔn)？中國(guó)氣象局影視中心總工程師朱定真談了個(gè)中原因。

人們平常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)天氣預(yù)報(bào)指的是氣象數(shù)值預(yù)報(bào)，是把現(xiàn)實(shí)中的物理現(xiàn)象描述成數(shù)學(xué)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行演算來(lái)預(yù)測(cè)這些物理現(xiàn)象將如何發(fā)展。可以說(shuō)，氣象科學(xué)就是探究如何用數(shù)學(xué)方程來(lái)描述物理現(xiàn)象的過(guò)程。

然而，天氣模擬過(guò)程中涉及的變量非常多，需要集合大量的信息才能反映出天氣的變化特征，這就需要巨大且沒(méi)有上限的計(jì)算能力，無(wú)論計(jì)算能力提升到多高的水平，對(duì)氣象來(lái)說(shuō)都是不夠用的。現(xiàn)在流行的“云計(jì)算”“大數(shù)據(jù)”，在氣象的研究和應(yīng)用中都不是新鮮事。

好的天氣預(yù)報(bào)除了最強(qiáng)的計(jì)算能力，還需要準(zhǔn)確的觀測(cè)信息，因?yàn)橹挥兄懒私裉斓臏囟龋拍芨鶕?jù)模型算出明天的溫度。如今，全球范圍內(nèi)建設(shè)了許許多多的觀測(cè)站，數(shù)量還在不斷增加，但依然無(wú)法滿足氣象研究和預(yù)報(bào)的需求。理想狀態(tài)下，我們希望觀測(cè)站均勻分布在地球表面，最好順著經(jīng)線和緯線的方向每隔一公里設(shè)立一個(gè)站點(diǎn)用來(lái)收集數(shù)據(jù)。姑且不論在大海中央建觀測(cè)站的難度，即便是在陸地上這也是難以實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然只有地球表面還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，畢竟我們要模擬的大氣層并不是只有一個(gè)平面，不同的高度也都需要設(shè)立觀測(cè)站。所以我們需要遙感，需要衛(wèi)星從天上進(jìn)行觀測(cè)。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)我們能夠?qū)⒋髿庵胁煌瑢哟蔚奈镔|(zhì)反應(yīng)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律反演出來(lái)。為什么現(xiàn)在我們能夠很好地預(yù)報(bào)出臺(tái)風(fēng)，正是因?yàn)楫?dāng)臺(tái)風(fēng)在海上剛剛形成的時(shí)候就通過(guò)衛(wèi)星看到它了，之后如何發(fā)展、如何運(yùn)動(dòng)也一目了然。

無(wú)論是超級(jí)計(jì)算機(jī)，還是遙感衛(wèi)星，都是氣象預(yù)報(bào)工作中必備的技術(shù)。它們幫助預(yù)報(bào)員算得更快、看得更遠(yuǎn)。但受限于人類(lèi)目前對(duì)氣象科學(xué)的認(rèn)識(shí)水平，我們?nèi)宰霾怀鐾耆珳?zhǔn)確的天氣預(yù)報(bào)。

2017年，中國(guó)氣象局已經(jīng)被世界氣象組織命名為世界氣象中心。除了數(shù)值預(yù)報(bào)較世界一流水平還有差距以外，我們的觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不亞于世界強(qiáng)國(guó)。面對(duì)氣象災(zāi)害時(shí)的一整套防災(zāi)減災(zāi)體系，中國(guó)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際一流水平。以前我們說(shuō)“抗臺(tái)風(fēng)”“戰(zhàn)臺(tái)風(fēng)”，現(xiàn)在我們說(shuō)“防臺(tái)風(fēng)”，臺(tái)風(fēng)來(lái)之前該撤退的撤退，科學(xué)應(yīng)對(duì)。同等災(zāi)害發(fā)生的情況下，人員傷亡程度和經(jīng)濟(jì)損失都在逐漸下降。中國(guó)幅員遼闊，遇到的氣象災(zāi)害也更多，所以我們對(duì)災(zāi)害更了解，應(yīng)對(duì)的經(jīng)驗(yàn)更豐富。

氣象學(xué)所涉及的知識(shí)面非常廣，說(shuō)它是“上知天文，下知地理”也不夸張。氣象學(xué)研究的不單單是刮風(fēng)下雨，而是從海洋到太空，涵蓋了大氣圈、水圈、 巖石圈、生物圈、冰凍圈組成的“五大圈”。氣象系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，會(huì)受到來(lái)自各個(gè)方面的影響，無(wú)論是太陽(yáng)光的照射，還是海水的流動(dòng)，都會(huì)影響到氣象變化。亞馬遜雨林的一只蝴蝶扇動(dòng)翅膀，可能會(huì)引起德克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)——洛倫茲的“蝴蝶效應(yīng)”，描述的就是天氣的敏感性。氣象學(xué)研究中，我們需要用到物理學(xué)去解釋大氣和海洋的運(yùn)動(dòng)，需要用到化學(xué)來(lái)了解物質(zhì)的變化，需要用到數(shù)學(xué)來(lái)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算。研究氣象的人，需要學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)系的數(shù)學(xué)、物理系的物理，在有了非常強(qiáng)的基礎(chǔ)之后，才來(lái)學(xué)氣象這個(gè)專(zhuān)業(yè)。除了基礎(chǔ)科學(xué)，氣象學(xué)還要用到最尖端科技，無(wú)論是最強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，還是最新的探空衛(wèi)星，都會(huì)在第一時(shí)間應(yīng)用到氣象學(xué)中。甚至有人說(shuō)，氣象學(xué)的發(fā)展代表了一個(gè)國(guó)家的國(guó)力。