人們對(duì)天氣現(xiàn)象的研究已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，但是風(fēng)云變幻的天氣如同嬌羞而又狡黠的少女，人們至今還是難以完全讀懂“她”的心跡。前不久美國(guó)紐約等地居民在轟鳴的除雪機(jī)聲中醒來時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)報(bào)的“史上最大暴風(fēng)雪”并未如“約”出現(xiàn)。為此，美國(guó)新澤西、費(fèi)城等地多位氣象專家為這次暴風(fēng)雪天氣的預(yù)報(bào)錯(cuò)誤公開道歉。說好的風(fēng)霜雨雪為何屢有“爽約”？我們?nèi)绾闻c天氣對(duì)話，探尋這位“天氣少女”的心意？制約天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的瓶頸在哪里？

　　探秘天氣的“水晶球”： 數(shù)值模式如何 看現(xiàn)在算未來

　　當(dāng)清晨的第一縷陽光撒向大地，在我國(guó)2000多個(gè)氣象觀測(cè)臺(tái)站，觀測(cè)員已經(jīng)來到觀測(cè)場(chǎng)，他們觀云測(cè)天，記錄下當(dāng)時(shí)的日照、云量、冰凍以及天氣現(xiàn)象，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)從早8點(diǎn)到晚8點(diǎn)以每三個(gè)小時(shí)一次的頻率發(fā)報(bào)。與此同時(shí)，上萬個(gè)自動(dòng)氣象站正高速運(yùn)轉(zhuǎn)，不停地將監(jiān)測(cè)到的溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向等數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)處理中心。上百個(gè)高空氣象站上空太空氣球載著各種探測(cè)儀器冉冉升起，一會(huì)兒向東飄，一會(huì)兒向西去，地面雷達(dá)則追著這些氣球跑，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同高度的溫度、氣壓、風(fēng)向情況。

　　無論是雪域高原，還是沙漠地帶，這樣的情景每天都在上演。氣象觀測(cè)臺(tái)站遍布東南西北，從地面、海洋到萬米高空，每天都有大量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)時(shí)上傳，全方位、多層次地觀測(cè)大氣變化。任憑天地如何風(fēng)云變幻、斗轉(zhuǎn)星移，全世界所有的氣象觀測(cè)站每天都在固定的時(shí)間同時(shí)對(duì)大氣進(jìn)行觀測(cè)，這些觀測(cè)數(shù)據(jù)迅速通過高速計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)傳遞匯集，成為數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的初值條件。

　　“通過巨型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，再用流體力學(xué)和熱力學(xué)的方程組進(jìn)行求解，進(jìn)而預(yù)測(cè)未來一定時(shí)段的大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這就是當(dāng)今時(shí)興的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)?！敝醒霘庀笈_(tái)預(yù)報(bào)員唐健說。

　　觀測(cè)員搜集上來的是當(dāng)下的數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)的是未來的天氣，數(shù)值預(yù)報(bào)的方法憑什么通過現(xiàn)在可以預(yù)知未來？

　　“如果種下一棵樹，通過觀察得知它每天長(zhǎng)5厘米，那么就能知道十天以后這棵樹會(huì)長(zhǎng)多高。大氣運(yùn)動(dòng)也是如此，我們之所以能做預(yù)報(bào)，就是因?yàn)橛幸粋€(gè)閉合的大氣運(yùn)動(dòng)方程組，這個(gè)方程組的系數(shù)更復(fù)雜，如果知道現(xiàn)在的溫度、壓力、風(fēng)速等，換算到大氣的方程組中，就可以通過時(shí)間的推移知道未來的天氣狀況?！碧平≌f。

　　在這種模式下，全球被劃出一個(gè)個(gè)網(wǎng)格，有的網(wǎng)格很密，可以達(dá)到50公里乘以50公里，有的則是100公里乘以100公里。他們共同構(gòu)成一張漁網(wǎng)兜住了地球，每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)就是數(shù)值預(yù)報(bào)模式計(jì)算的一個(gè)點(diǎn)。分布在網(wǎng)格中間的觀測(cè)臺(tái)站通過數(shù)學(xué)方法把觀測(cè)到的數(shù)據(jù)插值在這些網(wǎng)格點(diǎn)上，通過計(jì)算得出數(shù)值預(yù)報(bào)的產(chǎn)品。

　　沒有這張漁網(wǎng)之前，人們通過觀察天象、尋找規(guī)律，有了諸多預(yù)測(cè)天氣的經(jīng)驗(yàn)，后來人們更多運(yùn)用的是根據(jù)天氣學(xué)原理和經(jīng)驗(yàn)，利用天氣圖推算的預(yù)報(bào)方法，但是這些方法誤差較大。直到有了這張漁網(wǎng)，天氣預(yù)報(bào)才有了更為科學(xué)有效的預(yù)報(bào)手段。

　　數(shù)值預(yù)報(bào)方法的建立雖然只有幾十年時(shí)間，但是隨著計(jì)算機(jī)的普及和數(shù)值預(yù)報(bào)手段的改進(jìn)，數(shù)值預(yù)報(bào)在使用過程中的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。中央氣象臺(tái)首席預(yù)報(bào)員馬學(xué)款說：“數(shù)值預(yù)報(bào)短時(shí)效的預(yù)報(bào)不見得比預(yù)報(bào)員的主觀判斷有明顯優(yōu)勢(shì)，但較長(zhǎng)時(shí)效的預(yù)報(bào)，尤其是對(duì)天氣形勢(shì)的預(yù)報(bào)，準(zhǔn)確率遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于預(yù)報(bào)員主觀推理。”

　　扇動(dòng)起颶風(fēng)的蝴蝶翅膀：

　　天氣預(yù)報(bào)

　　因何會(huì)“看走眼”

　　把數(shù)值代入公式，在計(jì)算機(jī)里算一算，就能得出未來天氣嗎？就像把玉米放入爆炒機(jī)，在里面攪一攪，就會(huì)得到你想要的爆米花？當(dāng)然沒有這么簡(jiǎn)單。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)算出來的數(shù)值是不能直接用的。

　　“計(jì)算機(jī)給出的答案有誤差，它只能是一個(gè)無限接近的可能，而不是一個(gè)確定的解?！碧平≌f。

　　答案的誤差從何而來呢？原因之一是作為初值的觀測(cè)數(shù)據(jù)可能不準(zhǔn)，哪怕是0.1的誤差放到方程組中，隨著時(shí)間的推移會(huì)無限的放大，導(dǎo)致最后跟實(shí)際相偏離。

　　正如一只在南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動(dòng)幾下翅膀，可以在兩周以后引起美國(guó)得克薩斯州的一場(chǎng)龍卷風(fēng)。“大氣運(yùn)動(dòng)本身是復(fù)雜多變的，當(dāng)人們從大氣運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)出發(fā)計(jì)算未來大氣狀況時(shí)，初始狀態(tài)微小差異會(huì)使后來的演變結(jié)果大相徑庭。這種現(xiàn)象可以稱之為大氣的內(nèi)在隨機(jī)性?！?中國(guó)科學(xué)院氣象專家曾經(jīng)這樣作出解釋，內(nèi)在隨機(jī)性使得人們對(duì)于未來大氣運(yùn)動(dòng)的描述不可能做到精雕細(xì)刻。

　　除了自身的隨機(jī)性，大氣運(yùn)動(dòng)受到各種因素的外在干擾，如城市熱島、溫室效應(yīng)以及錯(cuò)綜復(fù)雜的地形地貌特征。這些都是影響大氣運(yùn)動(dòng)的外在隨機(jī)性，成為“無數(shù)扇動(dòng)的蝴蝶翅膀”。中科院大氣物理研究所研究員周家斌曾經(jīng)在接受媒體采訪時(shí)介紹：“開始是失之毫厘，后面就是差之千里。內(nèi)在和外在隨機(jī)性同時(shí)影響預(yù)報(bào)的精度，當(dāng)然預(yù)報(bào)的難度就增大了很多?！?/p>

　　造成答案誤差的另一個(gè)原因是用于計(jì)算的方程組本身有缺陷。“計(jì)算機(jī)去求解的時(shí)候，在數(shù)學(xué)分析過程中會(huì)使用一些近似，這個(gè)時(shí)候可能引入誤差，這種系統(tǒng)誤差和初始的觀測(cè)誤差會(huì)使得最后的結(jié)果偏離它應(yīng)有的真值?！碧平≌f。因此，計(jì)算機(jī)出來的數(shù)據(jù)是需要進(jìn)行進(jìn)一步分析和訂正的。

　　在中央氣象臺(tái)，天氣預(yù)報(bào)員每天都在做這樣的工作。擺在他們面前的是各式各樣的天氣圖和國(guó)內(nèi)外數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品，預(yù)報(bào)員每天都要研究大量的天氣圖表，結(jié)合氣象衛(wèi)星、雷達(dá)探測(cè)資料，進(jìn)行綜合分析、判斷，作出未來不同時(shí)間段的具體天氣預(yù)報(bào)。

　　“數(shù)值模式中進(jìn)行計(jì)算的一個(gè)網(wǎng)格可能有幾十公里，這幾十公里都是用一個(gè)值來表示，但是這幾十公里內(nèi)海陸狀況不一、地形復(fù)雜多變，一個(gè)值是無法呈現(xiàn)更多細(xì)節(jié)的。就像一張照片的像素一定，如果就某一點(diǎn)無限放大會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)點(diǎn)是模糊的，沒有更多細(xì)節(jié)。這時(shí)候就需要人為修補(bǔ)。預(yù)報(bào)員的分析和訂正就是在把數(shù)值模式這個(gè)‘大照片’修補(bǔ)出更清晰的細(xì)節(jié)?！碧平≌f。

　　“具體而言，河北省石家莊一帶西邊靠近太行山，那西風(fēng)吹過來就會(huì)發(fā)生沉降增溫，但在數(shù)值預(yù)報(bào)模式中，一些類似于地形等的信息依然難以充分表達(dá)，因此數(shù)值模式對(duì)地形條件下的預(yù)報(bào)是有欠缺的，這時(shí)候預(yù)報(bào)員就會(huì)在模式預(yù)報(bào)的結(jié)果上進(jìn)行訂正，將山上的溫度數(shù)值調(diào)低一些，更貼合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際狀況。這方面，天氣預(yù)報(bào)員的經(jīng)驗(yàn)大有可為。”唐健說。

　　當(dāng)然，由于影響天氣的原因很多，很復(fù)雜，預(yù)報(bào)員也需要集思廣益，進(jìn)行討論，像醫(yī)生給病人會(huì)診一樣，進(jìn)行天氣會(huì)商?！坝袝r(shí)候?qū)χ瑯右粋€(gè)區(qū)域的天氣數(shù)據(jù)分析，預(yù)報(bào)員也會(huì)得出不同的結(jié)論。這個(gè)說風(fēng)場(chǎng)輻合條件好，利于水汽匯集抬升，因此會(huì)有降雨，那個(gè)說降水條件不足，不能形成降水。常常發(fā)生很激烈的討論?！碧平≌f。

　　盡管每次天氣預(yù)報(bào)之前都經(jīng)過了充分會(huì)商，但這只能保證天氣預(yù)報(bào)盡量準(zhǔn)確。氣象專家表示，在天氣預(yù)報(bào)中，人的分析判斷畢竟會(huì)帶有主觀性，但天氣預(yù)報(bào)又離不開這種主觀判定，這也是影響預(yù)報(bào)不準(zhǔn)的原因之一。

　　“常見病”遇上“疑難雜癥”：

　　何不讓“抱怨”

　　先飛一會(huì)兒

　　把天氣報(bào)準(zhǔn)是每個(gè)預(yù)報(bào)員的心愿，因此檢驗(yàn)自己報(bào)得準(zhǔn)不準(zhǔn)成為預(yù)報(bào)員的通病?！坝械念A(yù)報(bào)員預(yù)報(bào)了第二天傍晚有雨，下午就會(huì)搬個(gè)小馬扎到窗臺(tái)上等雨來，有時(shí)候預(yù)報(bào)夜間有雪，不等雪下來預(yù)報(bào)員就睡不著?！碧平≌f。

　　對(duì)于天氣預(yù)報(bào)員而言，每次預(yù)報(bào)都像是高考。高考考生最多考3天，考完可以放松；但預(yù)報(bào)員每天都在高考，在天氣平穩(wěn)時(shí)他們考不了滿分，在天氣復(fù)雜時(shí)他們更擔(dān)心考不及格。但是他們還是要面對(duì)全國(guó)人民，包括各級(jí)政府、各個(gè)行業(yè)和部門的閱卷。

　　“基于現(xiàn)在的科技水平以及對(duì)整個(gè)大氣，甚至對(duì)現(xiàn)在整個(gè)氣候系統(tǒng)的了解程度，決定了我們的天氣預(yù)報(bào)不可能完全準(zhǔn)確。這是目前的科學(xué)技術(shù)水平所決定的，全世界都是如此?！碧平≌f。

　　“哪怕一萬年后，天氣預(yù)報(bào)也不一定能報(bào)準(zhǔn)?！碧鞖忸A(yù)報(bào)主持人宋英杰在接受媒體采訪時(shí)，也曾表達(dá)這樣的看法?！耙?yàn)闇?zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)在水漲船高。觀眾在20年前只要求知道‘明天下雨嗎’，現(xiàn)在即便把時(shí)間、區(qū)域和量級(jí)具體到‘下班前后海淀區(qū)將有今年以來最大降雨’，也沒有人說你準(zhǔn)，因?yàn)榇蠹視?huì)接著問，那什么時(shí)候停呢，哪里下得最大呢？”

　　其實(shí)，我國(guó)的天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率一直都在艱難提升：中國(guó)氣象局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2014年全國(guó)24小時(shí)晴雨預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、最高氣溫和最低氣溫預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率3項(xiàng)指標(biāo)，歷史上首次全部超過80%，分別達(dá)到87.5%、80.2%和84.4%；臺(tái)風(fēng)路徑24小時(shí)預(yù)報(bào)誤差再創(chuàng)新低，為78公里，繼續(xù)處于世界最先進(jìn)水平。

　　但是天氣預(yù)報(bào)中也有難以診斷的“疑難雜癥”。中央氣象臺(tái)專家介紹，不同類型的天氣，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率是不同的。像高溫、寒潮這些空間范圍較大、時(shí)間尺度較長(zhǎng)的天氣，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率就比較高。全國(guó)24小時(shí)晴雨預(yù)報(bào)和最高溫度、最低溫度預(yù)報(bào)，能夠做到“八九不離十”。但有些天氣發(fā)生得突然，具有很強(qiáng)的局地性特征，這種天氣預(yù)報(bào)起來就比較難，準(zhǔn)確率低。例如強(qiáng)對(duì)流天氣，也就是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的冰雹、強(qiáng)降雨、強(qiáng)雷電、大風(fēng)、龍卷等，它的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率就非常低。

　　盡管天氣預(yù)報(bào)達(dá)不到100%準(zhǔn)確，當(dāng)災(zāi)害性天氣來臨時(shí)，可能導(dǎo)致社會(huì)應(yīng)急做無用功，耗費(fèi)人力財(cái)力，還容易引起公眾“白防了”的抱怨。但“防患于未然”的思想?yún)s十分必要，因?yàn)榧幢憧辗酪膊粫?huì)白防。對(duì)于公眾來說，每一次防范，都是一次應(yīng)對(duì)災(zāi)害的演練。

　　2010年8月12日23時(shí)至13日2時(shí)，四川省綿竹市清平鄉(xiāng)發(fā)生強(qiáng)降雨，造成國(guó)內(nèi)近幾十年來規(guī)模最大的一次特大山洪泥石流災(zāi)害。在“8·13”特大山洪泥石流過程中，四川省、市、縣三級(jí)氣象部門及時(shí)溝通、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、提前發(fā)出暴雨預(yù)警信號(hào)，清平鄉(xiāng)緊急轉(zhuǎn)移村民，涉災(zāi)的5000多名群眾得以安全轉(zhuǎn)移。“當(dāng)時(shí)真是好險(xiǎn)，如果沒有預(yù)報(bào)預(yù)警之下的提前轉(zhuǎn)移，上千條人命就完了！”清平鄉(xiāng)村干部現(xiàn)在想想還有些后怕。

　　即便天氣沒有預(yù)報(bào)那么準(zhǔn)，氣象專家也呼吁大眾在批評(píng)預(yù)報(bào)員之前讓“抱怨”先飛一會(huì)兒，以平和的心態(tài)看待預(yù)報(bào)不準(zhǔn)現(xiàn)象。中國(guó)氣象局應(yīng)急減災(zāi)與公共服務(wù)司司長(zhǎng)張祖強(qiáng)告訴記者：“就拿美國(guó)這次預(yù)報(bào)來說，雖然紐約的暴雪過程不如預(yù)期的強(qiáng)，但是他們及時(shí)發(fā)布了暴雪預(yù)警，并采取措施規(guī)避危險(xiǎn)，這種做法是值得借鑒的。試想如果不采取這些措施，可能會(huì)造成很大的損失，而及時(shí)把這個(gè)信息告訴公眾，一旦暴雪來臨，就會(huì)把不利的影響降到最低。當(dāng)然，我們也要從中吸取教訓(xùn)，這種極端性災(zāi)害天氣，尤其是大暴雪，對(duì)于全世界來說預(yù)報(bào)都是難題，需要加強(qiáng)相關(guān)的科學(xué)研究來不斷提高對(duì)這種極端災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)，這個(gè)難題需要全球的氣象人共同面對(duì)克服?！?/p>