滬飛

以前，人們都是從電視上獲得未來3天—7天的天氣信息，不過在這個(gè)信息爆炸的年代，人們獲得天氣預(yù)報(bào)信息的途徑也越來越多。網(wǎng)絡(luò)和手機(jī)應(yīng)用軟件中有著各種各樣的天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品，其中不乏號稱能預(yù)報(bào)未來15天，甚至未來30天內(nèi)天氣狀況的產(chǎn)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(yù)測能準(zhǔn)確嗎？以現(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)水平，究竟能預(yù)報(bào)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(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)來預(yù)測天氣?？茖W(xué)家把大氣當(dāng)成一種流體來對待，通過建立大氣的運(yùn)動(dòng)方程組，用“解方程”來預(yù)測未來的天氣狀況。

然而，大氣運(yùn)動(dòng)的情況非常復(fù)雜。在數(shù)值天氣預(yù)報(bào)技術(shù)中，得出預(yù)測結(jié)果所依據(jù)的方程組，是由連續(xù)方程、熱力學(xué)方程、水汽方程、狀態(tài)方程和三個(gè)運(yùn)動(dòng)方程構(gòu)成的七元非線性方程組。要解這個(gè)方程組，計(jì)算量之大和運(yùn)算過程之復(fù)雜，可以說達(dá)到了“恐怖”的程度。即使是世界上最先進(jìn)的巨型計(jì)算機(jī)，面對這種計(jì)算也會(huì)“發(fā)怵”。

因此，在“解方程”的過程中，科學(xué)家不得不簡化方程組——否則就無法計(jì)算?？墒菍ο嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行取舍的過程，必然會(huì)影響天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。取舍過程越不恰當(dāng)，天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率就越低。

扇動(dòng)颶風(fēng)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(dòng)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(fēng)。

這就是美國氣象學(xué)家愛德華·洛倫茲發(fā)現(xiàn)的“蝴蝶效應(yīng)”，也是人類最早發(fā)現(xiàn)的“混沌現(xiàn)象”之一。洛倫茲發(fā)現(xiàn)，在某些情況下，誤差會(huì)以指數(shù)級增長，一個(gè)微小的誤差隨著運(yùn)動(dòng)過程的不斷推移，會(huì)造成巨大的后果。這在大氣運(yùn)動(dòng)過程中表現(xiàn)為，即使各種誤差和不確定因素的強(qiáng)度非常弱，也有可能積累起來，經(jīng)過逐級放大，達(dá)到能左右大氣運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)度。

在理想的大氣方程組之外，有無數(shù)只“蝴蝶”在扇動(dòng)著翅膀。如城市熱島效應(yīng)、工業(yè)排放所帶來的溫室效應(yīng)，以及錯(cuò)綜復(fù)雜的地形地貌因素，它們都會(huì)對天氣的變化產(chǎn)生影響。植被、水體等因素也在時(shí)刻發(fā)生著微妙的變化，并可能會(huì)影響天氣狀況。然而，所有這一切都無法在模擬運(yùn)算中進(jìn)行詳盡的描述。

很顯然，當(dāng)人們想預(yù)測未來很多天以后的天氣時(shí)，相隔的時(shí)間越長，這些“翅膀”帶來的影響就越大，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率也就越低。

觀測資料不完善

要預(yù)測天氣，首先要觀測天氣。

大家可能認(rèn)為，我們現(xiàn)在擁有氣象衛(wèi)星、天氣雷達(dá)、自動(dòng)氣象站等各種先進(jìn)的氣象觀測設(shè)備和氣象觀測手段，觀測天氣應(yīng)該不成問題。然而，事實(shí)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(qū)。舉個(gè)例子，海洋、沙漠和高原地區(qū)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(xué)家進(jìn)行氣象觀測時(shí)，都是從外部觀測的，即使是使用氣象衛(wèi)星，也只能在距離目標(biāo)氣團(tuán)幾千米的地方進(jìn)行拍攝并傳回相關(guān)資料，而且傳回的數(shù)據(jù)有時(shí)候也存在誤差。比如臺(tái)風(fēng)，科學(xué)家目前主要還是通過外部觀測來分析它的運(yùn)行數(shù)據(jù)，很少能做到深入其內(nèi)部來觀測。

第三，大氣層是一個(gè)三維空間，而我們的自動(dòng)氣象站大多數(shù)都位于地球表面，很難測出大氣垂直方向的物理參量數(shù)據(jù)。

第四，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)處理理論和方法也存在缺陷。

第五，觀測結(jié)果存在誤差。

大氣之中仍有許多未解之謎

大氣科學(xué)是一門非常年輕的學(xué)科，基于現(xiàn)代科學(xué)基礎(chǔ)的天氣預(yù)報(bào)也只有100多年的歷史。因此，人們對天氣變化規(guī)律的認(rèn)識，特別是對中期和長期氣象過程的認(rèn)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(yù)報(bào)自然就很難做到準(zhǔn)確無誤。未來我們需要開展更多的科學(xué)研究，只有徹底了解大氣運(yùn)動(dòng)的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制，天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率才能更上一個(gè)臺(tái)階。

天氣“疑難雜癥”

天氣預(yù)報(bào)中也有難以“診斷”的“疑難雜癥”。

不同天氣現(xiàn)象的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是不同的。比如，高溫、寒潮這些空間范圍較大、時(shí)間尺度較長的天氣現(xiàn)象，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率就比較高。然而，有些天氣現(xiàn)象發(fā)生得突然，而且具有很強(qiáng)的“局地性”特征，這種天氣現(xiàn)象的預(yù)報(bào)就比較難，準(zhǔn)確率也較低。例如強(qiáng)對流天氣，也就是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的冰雹、強(qiáng)降水、強(qiáng)雷電、大風(fēng)、龍卷風(fēng)等天氣現(xiàn)象，它們的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率就非常低。

另外，春季和夏季是讓天氣預(yù)報(bào)員比較頭疼的季節(jié)。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(fā)生的時(shí)段，因此天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率較低。

夏季，大氣中存在著巨大的不穩(wěn)定能量。很多時(shí)候，明明上午還是晴天，午后卻會(huì)迎來一場大雨。這是因?yàn)橄募疚绾蠛苋菀壮霈F(xiàn)熱對流天氣，大氣中積聚的能量就像一壺?zé)跔t子上的水，能量累積到一定程度后水就會(huì)沸騰。然而，我們卻很難準(zhǔn)確預(yù)測出具體哪里會(huì)先“冒泡”，所以夏季的天氣預(yù)報(bào)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“晴到多云，午后局部有雷陣雨”的說法。

還有一點(diǎn)值得注意，氣象臺(tái)發(fā)布的日常預(yù)報(bào)是對“數(shù)值預(yù)報(bào)”和預(yù)報(bào)員的“經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)”綜合考量后的結(jié)果，是氣象專家多次商討后給出的結(jié)論。對短期和災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)，數(shù)值預(yù)報(bào)不見得比預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)性預(yù)報(bào)更有優(yōu)勢。然而，對中長期（3天—7天）天氣現(xiàn)象的預(yù)報(bào)，尤其是對天氣形勢的預(yù)報(bào)，數(shù)值預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于預(yù)報(bào)員的主觀判斷。不過，當(dāng)時(shí)效擴(kuò)展到15天，甚至30天時(shí)，數(shù)值預(yù)報(bào)就很難有實(shí)際價(jià)值了。

如今，大部分網(wǎng)站或應(yīng)用軟件給出的天氣預(yù)報(bào)都是數(shù)值計(jì)算的直接結(jié)果，準(zhǔn)確率并不高。特別是那些15天—30天的天氣預(yù)報(bào)，幾乎沒有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

我們還是建議大家從氣象局官方發(fā)布的消息中獲取天氣預(yù)報(bào)。