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李惠心:“神机妙算”的天气预报

作者:李惠心NZC,2014级硕士研究生)

谈及天气预报,人们已经不再陌生。古有八卦占卜,今有模式计算。然而对于几个月、几年甚至十几年后的某天的天气的预报,很多人会认为是毫无根据的天方夜谭。既然如此,为什么国家举行大型赛事总能提前许久选定日期,并保证好天气呢?像201593日的北京的阅兵,秋风送爽,天朗气清,天气非常适宜。但到了阅兵后一天,强降水便袭击了北京。在如此瞬息万变的天气背景下,仍能提前很久订下日期,那么阅兵当日的好天气只是天公作美还是另有蹊跷?

阅兵中的蓝天新社记者 金硕 摄

图片来源:(http://news.163.com/15/0903/12/B2JDDUVB00014JB6.html)

在解释原因之前,先要了解天气预报的方法及其时效问题。天气预报的方法分为:经验预报和客观预报。

1.         经验预报

也称主观预报方法。预报员根据天气图、卫星、雷达等各种信息,并结合自己多年来的预报经验开展的预报。这种预报方法主观性强、对经验要求高,因此无法客观、定量的预报,却仍有着重要的作用与传承。它与历史上的八卦占卜、各种谚语的预报方法殊途同归,同时加入了现代的科技手段。

2.         客观预报

客观预报与经验预报最大的区别是客观性强。它包括数值模式预报、统计预报。

2.1.   数值模式预报

简单来说,数值模式预报是根据大气的实际情况,考虑大气的初始条件以及边界条件,利用计算机进行数值计算,来求解描述天气变化的热力学、动力学方程组,并对未来一定时段的天气进行预报。但是它对大气的初始状况要求很高,微小的误差随着时间的推移会迅速累积,也就是我们常说的蝴蝶效应,因此,数值模式预报时间是非常有限的。一般情况下,预报的实效小于5~8天。

2.2.   统计预报

相对于数值模式预报,统计预报的原理更好理解。在统计方法中,未来的天气状况可以根据现在天气状态和气候平均状态求出时间滞后相关,然后利用回归方程进行估计。这种方法以实际观测的大气为依据,但是由于现有的观测气候序列较短,无法建立较好反映大气中复杂的物理过程和动力过程的回归方程。统计预报的预报时效与滞后相关有关,随着时间推移,预报的可靠性降低。同时,统计预报不仅适用于天气预报,还可以用于气候层次上的天气预报。即通过统计方法预报未来任意某日的气候状况,并描述某种天气的概率。这一点是非常重要的。

从上文已经知道,天气预报的实效性一般低于一周,而阅兵需要提前很久确定日期。那么仅利用上文的几种方法是无法做到了。解决方法便是将气候预报与天气预报巧妙的结合起来。首先,气象学家统计了有记录气象以来北京93日前后的温度、降水、风场等各种气象要素的情况,经过统计分析可得到当日的降水概率情况。接下来,等到日期临近,再利用上文介绍的主观、客观等天气预报方法进行细致的预报,并进行及时的人工影响天气的调整。经过这些复杂的过程,便可保证好天气了。

我们所看到的天气预报,背后却有着如此复杂的过程,除了利用各种主、客观预报方法,有时还需要加上气候上的概率预报。因此,就算天公不作美,人类依旧能够用智慧去解决。

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