提姆·布魯克斯

氣象預(yù)報(bào)很難精準(zhǔn)

２００４年一個(gè)星期六的下午，一對(duì)新人在美東佛蒙特州的一個(gè)小島上舉行婚禮。氣象預(yù)報(bào)說今天是個(gè)好天，實(shí)際天氣比預(yù)報(bào)的還要好。

然而，新郎新娘親吻過后，就開始變天了。那陣狂風(fēng)持續(xù)了不過幾秒鐘，卻像龍卷風(fēng)般怪異不可預(yù)測(cè)，舉行婚禮的大帳篷被連根拔起，很多賓客被飛舞的尖樁和玻璃擊傷。

繁華或毀滅、活命或死亡，也許就取決于精確的氣象預(yù)報(bào)。因此，我們要求氣象學(xué)家做到幾乎不可能的事：弄清楚整個(gè)地球大氣層的戲劇性變化，然后告訴我們，在這里，今天，下午４點(diǎn)３０分，會(huì)發(fā)生什么事。

氣象所涉及的許多物理作用，我們幾十年甚至幾百年來都已有所理解，然而，那些力量組合的方式與遵循的變數(shù)是如此眾多，精準(zhǔn)的氣象預(yù)報(bào)總是可望而不可及。

資料總是不夠用

想推斷未來天氣，就必須了解當(dāng)下情形，也就是氣象學(xué)家所謂的“目前狀況”。這是氣象學(xué)最為艱巨的任務(wù)之一。

美國國家氣象局每天都要接收大量觀測(cè)資料，有來自地面觀測(cè)站的１９．２萬筆、來自船只的２７００筆、來自氣象浮標(biāo)的ｌ．８萬筆、來自飛機(jī)的１１．５萬筆、來自氣球的大約２５萬筆，以及來自衛(wèi)星的１．４億筆。此外還有通過海外觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)取得的無數(shù)資料。然而這一切都還嫌不足。

當(dāng)今的氣象預(yù)報(bào)是由電腦模式挑大梁，它需要更多、更整齊的氣象數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)必須來自涵蓋全球且延伸入大氣層的網(wǎng)格上均勻分布的各個(gè)點(diǎn)，且每小時(shí)要更新一次，每分鐘更新一次更好。但現(xiàn)實(shí)世界中這是辦不到的：衛(wèi)星很難看透厚厚的云層，也無法詳細(xì)掌握風(fēng)況；氣象站、氣球、飛機(jī)和船在全球分布不均；而很多地方，例如非洲等貧窮大陸上的大片地區(qū)，連地面觀測(cè)都極為稀少。

借助大氣模擬機(jī)

為了彌補(bǔ)那些觀測(cè)空白，氣象學(xué)家以大氣層近期的最佳圖像為本推算未來，獲得氣象“預(yù)報(bào)”。

這臺(tái)被稱為“數(shù)值模擬”的時(shí)光機(jī)，其實(shí)是一種大氣的電腦模式，不是由空氣和水蒸氣組成，而是數(shù)據(jù)和方程式。方程式描述了影響天氣的關(guān)鍵過程，例如氣流、蒸發(fā)、地球自轉(zhuǎn)，以及水在凝結(jié)或凍結(jié)時(shí)的熱量釋放等。當(dāng)氣象學(xué)家在模式中輸入大氣情況的數(shù)據(jù)并執(zhí)行方程式后，模式就會(huì)預(yù)測(cè)大氣如何發(fā)展。

這項(xiàng)計(jì)算極為費(fèi)力。位于馬里蘭州蓋瑟士堡的“國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心”（ＮＣＥＰ）電腦中心，如今在一臺(tái)稱作“藍(lán)機(jī)”的超級(jí)電腦上進(jìn)行大量數(shù)學(xué)方程式的運(yùn)算，該電腦是世界上最強(qiáng)大的氣象預(yù)報(bào)設(shè)備之一。這臺(tái)新機(jī)器很像一座放滿高科技檔案柜的倉庫，目前尚未全速運(yùn)作，不過到２００９年時(shí)，它就可以在一秒鐘內(nèi)處理８．６萬億筆計(jì)算。

然而，就算是最精密的電腦模式，也大幅簡(jiǎn)化了真正的大氣狀況。某些模式可以推算出１６天后的情形，但在那種情況下，精確性已經(jīng)大為降低，只能預(yù)測(cè)氣溫是否會(huì)高于或低于正常月平均值。這一切都表示我們需要更多的電腦運(yùn)算。

“蝴蝶效應(yīng)”讓問題復(fù)雜

還有一種叫做“蝴蝶效應(yīng)”的東西讓問題變得更加復(fù)雜：一只蝴蝶在地球一側(cè)拍翅而產(chǎn)生的微乎其微的風(fēng)，可能在地球的另一側(cè)引發(fā)一場(chǎng)風(fēng)暴。這雖然是夸大其辭，但也蘊(yùn)含著些許真理：某些微小的因素，都有可能對(duì)天氣造成舉足輕重的影響。

舉例來說，風(fēng)向的輕微變化可能會(huì)讓一場(chǎng)風(fēng)暴偏離預(yù)期路徑好幾公里。在冬季，不及一度的溫差就可以決定是下雨、下雪、下凍雨，還是下霧。那點(diǎn)小小的區(qū)別，對(duì)數(shù)百萬人的影響可大了。

為了因應(yīng)蝴蝶效應(yīng)，氣象預(yù)報(bào)人員仰賴一種稱為“系集預(yù)報(bào)”的策略。他們以一套初始條件為基礎(chǔ)，做出許多組預(yù)報(bào)。每一組都加入略微差異的“擾蕩”，例如風(fēng)速每小時(shí)一公里的增減、一度的溫度變化、濕度一個(gè)百分點(diǎn)的不同等。這么一來，預(yù)報(bào)就成了統(tǒng)計(jì)學(xué)：比方說，５０筆電腦運(yùn)算結(jié)果中有４３筆指出會(huì)下雪，７筆則預(yù)測(cè)下雨。正因如此，許多氣象預(yù)報(bào)都使用像“可能”或“很可能”這樣的字眼，且用百分比來表達(dá)降水幾率。

氣象學(xué)家做預(yù)測(cè)

電腦沒有最后決定權(quán)。電腦模式得出結(jié)論后，輸出的信息會(huì)被轉(zhuǎn)換成較易讀的圖表，在美國的話就是送往水文氣象預(yù)報(bào)中心（ＨＰＣ）。在那里，血肉之軀的氣象學(xué)家根據(jù)機(jī)器得出的結(jié)論再做進(jìn)一步預(yù)測(cè)。

某個(gè)秋日，氣象預(yù)報(bào)員布魯斯·泰瑞坐在兩側(cè)都是電腦熒幕的工作站前。就那一天而言，泰瑞的任務(wù)是判斷雨會(huì)降在哪里、雨量有多少。電腦已經(jīng)交出了它的最佳預(yù)測(cè)，現(xiàn)在輪到他憑直覺判斷了。他預(yù)報(bào)，暴風(fēng)中心將會(huì)在凌晨為華盛頓特區(qū)帶來大雨，且暴風(fēng)的前緣會(huì)在新英格蘭上方，極有可能帶來降雪。第二天，人們將發(fā)現(xiàn)他所言不假。

事實(shí)上，像布魯斯·泰瑞這樣的ＨＰＣ工作人員所做的不是真正的預(yù)報(bào)，而是提供給下面１２５家地方氣象臺(tái)的“指南”或“建議”。商業(yè)氣象預(yù)報(bào)人員也是運(yùn)用這些基本資訊來供應(yīng)氣象“產(chǎn)品”，像是電臺(tái)、報(bào)紙、電視臺(tái)和網(wǎng)站所需的花哨地圖和衛(wèi)星圖等。有些人甚至專門出售天氣預(yù)報(bào)給想要找到最佳海灘的沖浪者，或是必須提前收到霜害警報(bào)的養(yǎng)蘭人。

天氣預(yù)測(cè)變火警預(yù)測(cè)

還有一些預(yù)報(bào)人員的工作領(lǐng)域已超出了天氣本身，轉(zhuǎn)而關(guān)注天氣對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)造成的影響。在佛羅里達(dá)，研究人員正把天氣預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變成火警預(yù)報(bào)。

野火對(duì)于佛羅里達(dá)擴(kuò)張中的郊區(qū)一直是個(gè)很大的威脅：曾被開墾用來種植農(nóng)作物的郊區(qū)土地如今長(zhǎng)滿了灌叢和樹木，在亞熱帶的氣候中欣欣向榮。佛羅里達(dá)每年１２月到翌年５月是漫長(zhǎng)的旱季，接下來的雷電季節(jié)又是美國本土中最劇烈的，更增添了火災(zāi)的危險(xiǎn)。刻意引燃的林火稱為“計(jì)劃焚燒”，可以降低這種風(fēng)險(xiǎn)，但得天氣恰當(dāng)才行，因?yàn)闊犸L(fēng)可能使火勢(shì)失控。

因此，氣象學(xué)家們?cè)囍烟鞖忸A(yù)報(bào)與火警電腦模擬相結(jié)合，以推測(cè)計(jì)劃焚燒的火勢(shì)會(huì)如何發(fā)展。這并非易事，因?yàn)榛饡?huì)創(chuàng)造自己的天氣。例如，火的上升氣流會(huì)吸入空氣，產(chǎn)生風(fēng)，助長(zhǎng)火勢(shì)。但研究人員希望發(fā)明一種工具來告訴林務(wù)官員，該在何時(shí)何地放火，以及煙霧會(huì)如何擴(kuò)散。

天氣預(yù)報(bào)前景尚好

那么，預(yù)報(bào)一般的天氣，例如大多數(shù)人生活中會(huì)遇到的寒流、毛毛雨和陽光，前景又如何？波爾德的大學(xué)大氣研究聯(lián)盟主席李察·安特斯說：正穩(wěn)定進(jìn)步中。

更精細(xì)的模式和更快的電腦將會(huì)加速這項(xiàng)進(jìn)展。舉例來說，在美國一些主要城市進(jìn)行的密集計(jì)算實(shí)驗(yàn)計(jì)劃已經(jīng)能夠預(yù)報(bào)２４小時(shí)后的雷暴，且誤差不過幾公里。盡管這還不足以保證野餐或婚禮不碰上雷暴，但對(duì)機(jī)場(chǎng)來說已經(jīng)很有用了。

新生代的衛(wèi)星將有助于突破目前天氣預(yù)報(bào)的限制。如果計(jì)劃進(jìn)行順利，從今年１２月起，美國與中國臺(tái)灣合作的衛(wèi)星，將借由接收全球定位衛(wèi)星發(fā)送出來的無線電訊號(hào)來探索大氣層。這６顆微衛(wèi)星將會(huì)收集穿過大氣后又進(jìn)入太空的全球定位訊號(hào)，分析無線電波波速受到溫度和濕度的影響，創(chuàng)造出一幅包含這些大氣屬性的全球大氣圖。

另外有些衛(wèi)星則會(huì)利用光對(duì)大氣層進(jìn)行取樣。有一種稱為“激光雷達(dá)”的技術(shù)（ＬＩＤＡＲ，全名“光線探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)”），運(yùn)作方式就像一支光線雷達(dá)測(cè)速槍。它先發(fā)出激光脈沖，再偵測(cè)空氣分子和塵埃粒子反射回來的光線，借此測(cè)出風(fēng)速。用衛(wèi)星載送的激光雷達(dá)，可以在測(cè)量站稀少的大洋上空追蹤風(fēng)跡，而大洋正是颶風(fēng)和臺(tái)風(fēng)的誕生地。