天氣預報不靈?背後3億個方程組要算得更准才行
颱風肆虐
這個夏天可以說是颱風接二連三的造訪,「山竹」更是是我國廣東等南部沿海地區遭受高達17級大風肆虐,損失十分慘重!1906-2005的100年間,全球地表溫度平均升高了0.74攝氏度,海平面平均上升了3.1m/a(IPCC,2007)。在全球氣候變暖和海平面上升的影響下,颱風、暴雨、風暴潮和洪港等自然災害的發生頻率和強度增強,災害造成的損失也呈現增長的趨勢。人們不禁會問,我們不是有晚上7:30新聞聯播之後的天氣預報嘛,它不可以預報的更加準確一些嗎?好問題!讓我們聊聊天氣預報準確性的那些事兒。
長長短短的預測
天氣預報的種類按時間長短可分為四種:幾小時的短時天氣預報,1-3天的短期天氣預報,4-9天的中期天氣預報和10-30天的延伸期天氣預報。1704年,美國第一份連續發行的報紙《波士頓新聞信》就刊發過氣象短訊、暴風雨消息。在我國,通過電視收看天氣預報是主流形式,有數據顯示,我國農村受眾接觸電視媒介時,觀看國內新聞的佔92.8
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,觀看天氣預報的佔92.7
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,觀看本地新聞的佔90.0
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,觀看國際新聞的佔82.8
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,觀看綜藝節目的佔82.0
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到底為何物
對於天氣預報,最早的方法是以天氣圖為信息來源的天氣學方法,現在又與氣象衛星雲圖和雷達回波圖等資料共同使用,以提高几小時至1天的預報水平;第二種方法是以計算機為工具的數值天氣預報,它通過解流體力學、熱力學方程組製作天氣預報;第三種是以概率論數理統計為手段的統計預報方法。人們一直熱衷於天氣預報的研究,從論文發表網站知網搜索可以看出,關於天氣預報的研究在1993年逐漸增加,特別是在2003年開始出現了井噴式的增長趨勢。
前世今生
回顧過去100多年,天氣預報經歷了兩次躍進:第一次是地面和高空天氣圖的繪製和應用(空間上的躍進),第二次是數值預報的實施(時間上的躍進)。經過這兩次躍進,天氣預報已經走過了從經驗和定性描述到今天定量計算的一門數理學科。洛倫茲發現大氣混沌現象後,天氣預報正在經歷從單一確定論到多值概率論的第三次躍進(觀念上的革命),並試圖通過量化或簡化不確定因素來提高天氣的可預報性和降低預報的不確定性。在我國,最早的科學天氣預報出現在1916年。報紙開始刊登天氣預報,早晚各一次,刊登在北平的報紙上,預報地區僅為北平。1916年至1927年期間,全國建立了50多個氣象台和測候站。
准一點,再准一點
天氣變化是大氣運動伴隨水汽相變的結果,在宏觀大氣連續介質假設下,這些變化受物理學定律(如牛頓第二定律、熱力學能量守恆定律和水汽守恆等定律)的約束。數值預報是天氣預報的一種有效方式,其概念始於20世紀初期。挪威氣象學家Bjerknes在1904年首次指出天氣預報就是一個數學初值問題,只要得知大氣的初始狀態,便可以通過求解描述大氣運動的方程組來得到未來大氣的演變狀況。1956年,我國中央氣象局氣象科學研究所成立了由著名氣象學家顧震潮主持的數值預報研製小組。數值天氣預報是一門需要海量計算的科學,如果將涉及氣壓、風力、風向、溫度、濕度、高度、降雨量七個要素的三億個以上的方程組求解的更加準備,那麼自然可以獲得更加準確的預測效果。當然,這也對計算機資源提出了更高的要求。


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