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天气预报:从占卜到经验分析


字号:[ ] 作者:赵鲁整理自《天气预报发展史》

  有人调侃说,世界上最不靠谱的就是天气预报。的确,气象工作者需要处理海量气象资料,通过理论分析后得出的预报结果往往与实际情况存在偏差。这也是为什么我们收看天气预报时,主持人只能说“降水的量级大概是……”“时间段大约在……”这种论断。
  天气不仅受到各种气团的影响,而且受到当地地形、水域状况等众多因素的影响,任何随机的因素变化都可能引起意想不到的天气变化,因此,天气预报一直以来都是一个历史性难题。
  回顾史料,可以找到许多有关“天气预报”的记载。不过这些预报谈不上什么科学,可以概括为从占卜到经验分析的转变。
  早期天气预报的发展
  商代后期(公元前13世纪~前11世纪),人们用占卜预测气象、天象、疾病、生育和战争等。帝王常用甲骨占卜吉凶,占卜过后将所问之事或所得结果刻在龟甲或兽骨上。这些商代甲骨文大量出土于河南安阳殷墟。占卜中关于风、雨、水等方面的卜辞可以看作最原始也是已知的世界上最早的天气预报。
  古希腊哲学家亚里士多德(公元前382~322年)在著名的《天象论》中曾写道,世界上万物由火、空气、水和土四大元素组成,也就是“四因说”。他认为,这四种元素“可以互相转化,每一种都可以潜伏在其他之中”,而引起这种转化的媒介物是太阳。其中,空气经受温度的变化就变为云、雨、雪、霜、露。
  后来,由于农业生产的需要,我国在2000多年前总结出了二十四节气。为了更详细地表示每个节气内的气候变化,又形成了“七十二候”。针对一年的冷暖变化还总结出了“三九”和“三伏”。在此过程中诞生了不少流传至今的气象谚语,比如“清明断雪,谷雨断霜”“朝霞不出门,晚霞行千里”就是代表。这些谚语有的反映各种天气变化的前后联系,有的则描述气候规律,有的则是通过观察日、月、云、风、雾等自然现象的变化,反复总结而形成了具有一定可信度的生活常识。
  我国的气象预报在起步之初,还没有卫星遥感技术,台站资料也十分欠缺。很多预报还都依靠当地天气谚语、动物在天气变化前的反应等办法。比如,“天上钩钩云,地上雨淋淋”就是如此。钩钩云在大气科学中叫钩卷云,在强烈的对流天气系统,常常形成大范围的卷云。因此,钩卷云一旦出现,就预示着产生降水的天气系统即将来临。
  因此,天气预报在其诞生和早期发展中,是一种基于经验的预报。所谓经验,在统计学意义上就是概率。
  现代天气预报的诞生
  普遍认为,现代天气预报始于天气图的诞生。世界上第一张天气图诞生于1820年。然而天气预报更多时候是伴随着战争而发展的。
  1854年11月,英法联合舰队在黑海上和俄军决战。可是出师未捷,英法联合舰队就遭到了一场强风暴的袭击,几乎全军覆没。事后,巴黎天文台台长勒弗里埃受命调查这次强风暴过程。他依次把同一时间的各地气象情况填写在一张图上,经分析发现此次风暴在经过欧洲、到达联军舰队所在地的前一两天,西班牙和法国西部已受其影响。也就是说,如果当时注意到这一现象,这场灾难是可以避免的。
  1855年3月,勒弗里埃正式向法国科学院提出建议,由政府组织气象观测网,并将观测资料集中起来进行分析,绘制天气图。1856年,法国首先开始了天气预报的业务。此后,世界上许多国家都陆续建立起了气象站网,开展天气预报工作。1875年4月1日,天气预报首次刊登在伦敦的《泰晤士报》上,这也是天气预报第一次刊登在主流报刊上。
  基于天气图的分析使天气预报的技巧大大丰富。随着气象观测站点数量越来越多,天气图的覆盖面更广。以我国为例,全国气象观测站数量已达2400多个——这就让绘制出的天气图更接近真实大气的运动。加之卫星遥感技术的应用,可以形成多资料之间的对比分析,这使得基于天气图的预报准确率显著提升。
  数值模拟下的天气预报
  数值天气预报是伴随着计算机而产生的。
  1950年,美国人恰尼、冯·诺依曼首次用电子计算机制作以大气动力学为基础的数值天气预报取得成功,从此数值天气预报方法逐步成为天气预报的主要方法。
  所谓数值天气预报,就是将大气运动的数学物理方程组以计算机语言的形式描述,在给定观测初值的条件下,通过计算机求解这些偏微分方程得出大气运动变化的结果。由于计算机具有强大的运算能力,在天气分析的基础上可以提高天气预报的准确度。如今,数值预报水平的高低已成为一个国家气象现代化水平的重要标志。1982年2月,我国第一个数值预报业务系统——短期数值天气预报业务系统正式投入应用,结束了中国只能使用国外数值预报产品的历史。
  如今,我国的数值天气预报模式与世界先进水平差距正在进一步缩小,中国科学院大气物理研究所等研究院所的一批优秀高分辨率模式相继问世。
  然而,限于观测资料的缺乏、分析手段的不完善、模式性能的欠缺,目前的天气预报仍是概率预报,不能100%预测未来天气状况。但是,天气预报的准确率正在逐步提升,预报周期也正在逐渐延长,尤其是一周天气的预报,准确率还是相当可观的。

 

 





发布日期:2015-11-25
信息来源:中国科学报
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