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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    天氣預報能報幾天

                    2015-06-23 13:36:29

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                    /上海市公共氣象服務中心

                     

                    以前,人們都是從電視上獲得未來3~7天的天氣信息,不過在這個信息爆炸的年代,人們獲得天氣預報信息的途徑也越來越多。網絡和手機應用軟件中有著各種各樣的天氣預報產品,其中不乏號稱能預報未來15天,甚至未來30天內天氣狀況的產品,讓人眼花繚亂。

                    人們不禁要問,這些對很多天以后天氣情況的預測能準確嗎?以現在的天氣預報水平,究竟能預報未來多少天的天氣狀況?

                     

                    大氣出了道“難題”

                    目前,全世界普遍采用數值天氣預報技術來預測天氣??茖W家把大氣當成一種流體來對待,通過建立大氣的運動方程組,用“解方程”來預測未來的天氣狀況。

                    然而,大氣運動的情況非常復雜。在數值天氣預報技術中,得出預測結果所依據的方程組,是由連續方程、熱力學方程、水汽方程、狀態方程和三個運動方程構成的七元非線性方程組。要解這個方程組,計算量之大和運算過程之復雜,可以說達到了“恐怖”的程度。即使是世界上最先進的巨型計算機,面對這種計算也會“發怵”。

                    因此,在“解方程”的過程中,科學家不得不簡化方程組——否則就無法計算??墒菍ο嚓P參數進行取舍的過程,必然會影響天氣預報的準確率。取舍過程越不恰當,天氣預報的準確率就越低。

                     

                    扇動颶風的蝴蝶翅膀

                    一只南美洲亞馬孫河流域熱帶雨林中的蝴蝶,偶爾扇動幾下翅膀,就可以引起兩星期以后美國得克薩斯州的一場龍卷風。

                    這就是美國氣象學家愛德華·洛倫茲發現的“蝴蝶效應”,也是人類最早發現的“混沌現象”之一。洛倫茲發現,在某些情況下,誤差會以指數級增長,一個微小的誤差隨著運動過程的不斷推移,會造成巨大的后果。這在大氣運動過程中表現為,即使各種誤差和不確定因素的強度非常弱,也有可能積累起來,經過逐級放大,達到能左右大氣運動的強度。

                    在理想的大氣方程組之外,有無數只“蝴蝶”在扇動著翅膀。如城市熱島效應、工業排放所帶來的溫室效應,以及錯綜復雜的地形地貌因素,它們都會對天氣的變化產生影響。植被、水體等因素也在時刻發生著微妙的變化,并可能會影響天氣狀況。然而,所有這一切都無法在模擬運算中進行詳盡的描述。

                    很顯然,當人們想預測未來很多天以后的天氣時,相隔的時間越長,這些“翅膀”帶來的影響就越大,預報的準確率也就越低。

                     

                    觀測資料不完善

                    要預測天氣,首先要觀測天氣。

                    大家可能認為,我們現在擁有氣象衛星、天氣雷達、自動氣象站等各種先進的氣象觀測設備和氣象觀測手段,觀測天氣應該不成問題。然而,事實卻并非如此。

                    第一,高精度的氣象觀測目前還無法覆蓋所有地區。舉個例子,海洋、沙漠和高原地區的氣象觀測情況就不盡如人意。

                    第二,氣象觀測目前還無法做到“身臨其境”??茖W家進行氣象觀測時,都是從外部觀測的,即使是使用氣象衛星,也只能在距離目標氣團幾千米的地方進行拍攝并傳回相關資料,而且傳回的數據有時候也存在誤差。比如臺風,科學家目前主要還是通過外部觀測來分析它的運行數據,很少能做到深入其內部來觀測。

                    第三,大氣層是一個三維空間,而我們的自動氣象站大多數都位于地球表面,很難測出大氣垂直方向的物理參量數據。

                    第四,現有的數據處理理論和方法也存在缺陷。

                    第五,觀測結果會存在誤差。

                     

                    大氣之中仍有許多未解之謎

                    大氣科學是一門非常年輕的學科,基于現代科學基礎的天氣預報也只有100多年的歷史。因此,人們對天氣變化規律的認識,特別是對中期和長期氣象過程的認識還很有限。

                    我們對天氣變化的物理過程尚不能詳盡了解,對天氣狀況的預報自然就很難做到準確無誤。未來我們需要開展更多的科學研究,只有徹底了解大氣運動的發生和發展機制,天氣預報的準確率才能更上一個臺階。

                     

                    天氣“疑難雜癥”

                    天氣預報中也有難以“診斷”的“疑難雜癥”。

                    不同天氣現象的預報準確率是不同的。比如,高溫、寒潮這些空間范圍較大、時間尺度較長的天氣現象,預報準確率就比較高。然而,有些天氣現象發生得突然,而且具有很強的“局地性”特征,這種天氣現象的預報就比較難,準確率也較低。例如強對流天氣,也就是短時間內發生的冰雹、強降水、強雷電、大風、龍卷風等天氣現象,它們的預報準確率就非常低。

                    另外,春季和夏季是讓天氣預報員比較頭疼的季節。春季,冷暖空氣交匯頻繁,天氣變化較難把握。春季也是對流天氣開始發生的時段,因此天氣預報的準確率較低。

                    夏季,大氣中存在著巨大的不穩定能量。很多時候,明明上午還是晴天,午后卻會迎來一場大雨。這是因為夏季午后很容易出現熱對流天氣,大氣中積聚的能量就像一壺燒在爐子上的水,能量累積到一定程度后水就會沸騰。然而,我們卻很難準確預測出具體哪里會先“冒泡”,所以夏季的天氣預報中經常會出現“晴到多云,午后局部有雷陣雨”的說法。

                    還有一點值得注意,氣象臺發布的日常預報是對“數值預報”和預報員的“經驗性預報”綜合考量后的結果,是氣象專家多次商討后給出的結論。對短期和災害性天氣的預報,數值預報不見得比預報員的經驗性預報更有優勢。然而,對中長期(3~7天)天氣現象的預報,尤其是對天氣形勢的預報,數值預報的準確率要遠遠高于預報員的主觀判斷。不過,當時效擴展到15天,甚至30天時,數值預報就很難有實際價值了。

                    如今,大部分網站或應用軟件給出的天氣預報都是數值計算的直接結果,準確率并不高。特別是那些15~30天的天氣預報,幾乎沒有實際應用價值。

                    我們還是建議大家從氣象局官方發布的消息中獲取天氣預報。


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