20年后天氣預(yù)報(bào)什么樣?

　　2030年的一個(gè)晚上，強(qiáng)尼的爸爸把“一體化天氣技術(shù)系統(tǒng)（METNET）”連接到了家里的“智能家居系統(tǒng)”端口上，全面開啟氣象智能生活。
　　第二天清晨，METNET提前叫醒了強(qiáng)尼的爸爸，因?yàn)榍耙惶煲估锵掠暝斐闪顺鞘薪煌〒矶?，METNET認(rèn)為需要為主人預(yù)留更多的出行時(shí)間。強(qiáng)尼出門前，METNET為他提供了最新的穿衣指數(shù)等生活信息。氣象預(yù)報(bào)顯示，未來幾周內(nèi)將發(fā)生臺(tái)風(fēng)。強(qiáng)尼的媽媽是位氣象學(xué)家，她要為將受到臺(tái)風(fēng)影響的社區(qū)提供預(yù)警和指導(dǎo)，確保人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
　　隨后的某天，強(qiáng)尼一家要去外地參加表姐的婚禮。METNET顯示，西南地區(qū)將有風(fēng)暴，可能會(huì)引起大規(guī)模航班延誤，于是他們決定開車前往。車載系統(tǒng)提示他們，高速公路上大霧彌漫，系統(tǒng)為他們選擇了另外一條道路?；槎Y現(xiàn)場，METNET搜索到效果最佳的拍照地點(diǎn)，在風(fēng)暴到來之前，一張幸福的全家福順利完成……
　　這就是未來的天氣預(yù)報(bào)，它在去年上海世博會(huì)的氣象館中已經(jīng)有所體現(xiàn)，人們可以通過未來的預(yù)報(bào)系統(tǒng)隨時(shí)隨地了解天氣變化，而且這預(yù)報(bào)已經(jīng)不再是簡單的“明日有小雨”，而是“小雨會(huì)導(dǎo)致什么事件發(fā)生，應(yīng)該怎么與雨水打時(shí)間差”；未來的氣象服務(wù)也花樣迭出，公眾可以像逛超市一樣選擇所需的服務(wù)，也可以像吃比薩一樣，按需訂制；當(dāng)然，還可以在緊急事件造成不利影響前就訂制早期預(yù)警信息。
　　可以說，20年后的2030年，氣象預(yù)報(bào)服務(wù)要素會(huì)與人們的生活實(shí)現(xiàn)無縫鏈接、完美結(jié)合，氣象科技的獨(dú)特功能和適用范圍也將得到充分展現(xiàn)；以人為本、無微不至、無處不在的氣象理念反映了人們對(duì)氣象科技改善生活質(zhì)量的憧憬和期待……
　　
　　天氣預(yù)報(bào)至今仍是一道難題
　　
　　天氣預(yù)報(bào)是根據(jù)大氣科學(xué)的基本理論和技術(shù)對(duì)某一地區(qū)未來的天氣變化做出分析和預(yù)測。我國目前的天氣預(yù)報(bào)水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國家的中等水平，在發(fā)展中國家中處于領(lǐng)先地位。在某些方面，如我們自行研發(fā)的數(shù)值T213預(yù)報(bào)已達(dá)到發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)水平。
　　天氣預(yù)報(bào)有一種先進(jìn)的方法是流體力學(xué)方法，亦稱“數(shù)值天氣預(yù)報(bào)”。它是把天氣預(yù)報(bào)與數(shù)學(xué)、物理聯(lián)系在一起，用數(shù)學(xué)物理模式對(duì)大氣狀況進(jìn)行分析，利用高速計(jì)算機(jī)求解大氣方程式而得到預(yù)報(bào)結(jié)論，這是目前全世界都在使用的一種天氣預(yù)報(bào)方法，尤其對(duì)3～7天內(nèi)的預(yù)報(bào)比較準(zhǔn)確。人們只要知道某個(gè)時(shí)刻大氣的初始狀態(tài)，就可以通過數(shù)學(xué)方法求解，計(jì)算出某個(gè)時(shí)間大氣的“狀態(tài)”，也就是我們通常所說的天氣形勢及有關(guān)的氣象要素，比如氣壓、溫度、風(fēng)、降水等，從而做出預(yù)報(bào)。
　　對(duì)于大尺度的大氣運(yùn)動(dòng)，從理論上講，預(yù)報(bào)時(shí)效應(yīng)該能達(dá)到半個(gè)月左右，而目前只能達(dá)到7天，這說明預(yù)報(bào)的潛力還遠(yuǎn)沒有被開發(fā)出來。因而世界氣象組織開展的全球大氣觀測計(jì)劃，主要目的之一就是提高天氣預(yù)報(bào)水平，尤其是中期預(yù)報(bào)的水平。導(dǎo)致天氣預(yù)報(bào)時(shí)效短的原因很復(fù)雜，但其中一個(gè)重要的原因是受觀測網(wǎng)所限，使我們的觀測存在“盲區(qū)”。
　　我們知道，大面積的天氣數(shù)據(jù)的采集只能通過取樣的方式，以定點(diǎn)氣象觀測站收集的數(shù)據(jù)代表一個(gè)區(qū)域的天氣數(shù)據(jù)。而這些定點(diǎn)氣象觀測站的分布很不均勻，在人跡罕至的地方如沙漠、海洋基本上沒有觀測站，這導(dǎo)致我們所得到的數(shù)據(jù)缺乏足夠的代表性。天氣預(yù)報(bào)是在對(duì)目前天氣狀況已知的條件下對(duì)未來的天氣做出預(yù)測，我們當(dāng)前所采集的這些數(shù)據(jù)正反映出目前的天氣氣候狀況，但由于這些數(shù)據(jù)的缺失，就直接影響了天氣預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率。另外，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)法是未來天氣預(yù)報(bào)的發(fā)展方向，也是提高天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率的一個(gè)重要方法，可是數(shù)值預(yù)報(bào)發(fā)展至今才50多年，還很年輕，人們對(duì)于很多天氣現(xiàn)象的發(fā)生、演變的內(nèi)在機(jī)理和規(guī)律，以及對(duì)大氣外界因子的認(rèn)識(shí)還未完全掌握。
　　2008年，在中國氣象局召開的低溫雨雪冰凍災(zāi)害研討會(huì)上，氣象專家對(duì)如何建立10?30天延伸預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)、實(shí)現(xiàn)天氣預(yù)報(bào)“無縫隙”的問題進(jìn)行了探討。中國氣象局局長、氣象專家鄭國光認(rèn)為：就目前的天氣預(yù)報(bào)水平和能力來看，超過一個(gè)星期以后的天氣預(yù)報(bào)難度極大。在災(zāi)害發(fā)生之初，氣象部門沒有預(yù)料到那場罕見的災(zāi)害性天氣持續(xù)時(shí)間超過20天，也沒有對(duì)這場災(zāi)害給交通運(yùn)輸、電力、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等造成的重大影響做出預(yù)評(píng)估。中國科學(xué)院院士、大氣物理學(xué)家周秀驥表示，根據(jù)大氣混沌理論，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)最長時(shí)效為15天左右，我們目前還沒有突破這一時(shí)效。怎么解決10天以后的預(yù)報(bào)，確實(shí)是非常難的問題，需要大力攻關(guān)。
　　
　　地球環(huán)境預(yù)測粉墨登場
　　
　　未來的氣象預(yù)測可以稱其為地球環(huán)境預(yù)測，它有別于傳統(tǒng)的氣象預(yù)測。未來的氣象預(yù)測不僅要觀天，還要測地、探索太空。預(yù)測內(nèi)容包括地面、海洋、空間環(huán)境；除了對(duì)溫度、降水、風(fēng)等進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測外，還將預(yù)測地面環(huán)境對(duì)天氣氣候的影響，自然活動(dòng)對(duì)地球大氣圈的影響，進(jìn)行大氣圈各種物理、化學(xué)現(xiàn)象的監(jiān)測與分析，全球及區(qū)域性氣候變化的監(jiān)測與預(yù)測，全球及區(qū)域性天氣的監(jiān)測預(yù)報(bào)警報(bào)，分析不同下墊面局地和區(qū)域特征對(duì)大氣的影響，實(shí)施綜合環(huán)境條件及其演變趨勢的分析與預(yù)測，了解大氣綜合環(huán)境對(duì)相關(guān)圈層的影響，分析預(yù)測大氣綜合環(huán)境對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及生態(tài)環(huán)境的影響等。并由現(xiàn)在的短期預(yù)報(bào)拓展到跨季度、跨年的氣候預(yù)測。這種預(yù)測已成為世界氣象事業(yè)發(fā)展的大趨勢。
　　我國氣象部門擁有龐大的地基、空基地球環(huán)境觀測系統(tǒng)。在空間上，正在向地面、海洋及空間環(huán)境拓展，氣象部門可以和多部門合作開展預(yù)測預(yù)報(bào)，比如與環(huán)保部門合作開展城市空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，與海洋部門攜手監(jiān)測厄爾尼諾和拉尼娜以及赤潮等現(xiàn)象。在時(shí)間上，不僅要從3天的短期天氣預(yù)報(bào)拓展到跨季度、跨年度的長期氣候預(yù)測，還要有即時(shí)系統(tǒng)預(yù)報(bào)?，F(xiàn)在人們收聽收看的天氣預(yù)報(bào)主要是24小時(shí)至一周內(nèi)的，20年后人們可以為自己半個(gè)月后的活動(dòng)詢問天氣情況。即時(shí)系統(tǒng)預(yù)報(bào)使得人們可以知道幾小時(shí)后的天氣如何變化，如上午幾點(diǎn)要下雨、下午幾點(diǎn)要刮風(fēng)等，以便根據(jù)這些天氣變化情況準(zhǔn)確安排自己的行程，例如到機(jī)場接客人和出游等。
　　目前，各國對(duì)氣象部門的作用和地位正在進(jìn)行重新定位，傳統(tǒng)的公益性氣象服務(wù)已走向多樣化，一些發(fā)達(dá)國家氣象部門正在研究制訂新型氣象業(yè)務(wù)技術(shù)體制，美國已經(jīng)提出了“無縫隙”預(yù)報(bào)服務(wù)戰(zhàn)略。我國氣象部門同樣具備拓展這種“無縫隙”新業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)。地基、空基地球環(huán)境觀測系統(tǒng)除了能夠進(jìn)行傳統(tǒng)的氣象觀測外，還可以進(jìn)行輻射、酸雨、污染、沙塵暴、核污染擴(kuò)散等大氣物理和化學(xué)要素觀測，進(jìn)行森林、植被、海洋、水面、陸面、冰雪等生態(tài)環(huán)境信息的采集。在信息分析、加工、處理和預(yù)測技術(shù)方面，除了傳統(tǒng)氣象要素預(yù)測外，氣象部門已有能力逐步制作其他與地球環(huán)境有關(guān)的物理、化學(xué)、生態(tài)等方面的預(yù)測。這些都為未來時(shí)效長、無縫隙、更精準(zhǔn)的天氣預(yù)報(bào)打下了深厚的基礎(chǔ)。
　　
　　一體化天氣技術(shù)服務(wù)走進(jìn)家庭
　　
　　隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氣象學(xué)科劃分越來越精細(xì)，產(chǎn)生了一系列邊緣學(xué)科，先后出現(xiàn)了衛(wèi)星氣象學(xué)、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)、畜牧氣象學(xué)、林業(yè)氣象學(xué)、航空氣象學(xué)、生物氣象學(xué)等相應(yīng)交叉學(xué)科，又從天氣預(yù)報(bào)派生出了各種專業(yè)氣象預(yù)報(bào)。20年后，氣象部門對(duì)地球環(huán)境預(yù)測方法和大氣圈發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)，將會(huì)從一般的定性統(tǒng)計(jì)分析發(fā)展到對(duì)其中諸多物理過程進(jìn)行深入細(xì)致的定量分析。2030年，人們將不僅能預(yù)測反常天氣，而且能將反常天氣帶來的災(zāi)害變成可利用的資源，如利用臺(tái)風(fēng)的強(qiáng)大風(fēng)力進(jìn)行發(fā)電等。
　　那么，20年后，人們將會(huì)享受到怎樣的氣象服務(wù)呢？簡單地說，一個(gè)小小的數(shù)字終端就能讓你的生活盡量避免惡劣天氣的影響，盡享氣象服務(wù)帶來的便利和快捷。
　　
　　未來氣象將分技術(shù)和服務(wù)兩個(gè)部分。到了2030年，通信技術(shù)的發(fā)展將使人們能夠制作、共享和利用前所未有的大量信息，并能使任何指定地點(diǎn)或人物之間進(jìn)行信息互動(dòng)。氣象科技的重要發(fā)展也將由這些技術(shù)所推動(dòng)。
　　那時(shí)候，每個(gè)人身上都可以裝載一個(gè)極其微小的傳感器，這些傳感器就像成千上萬個(gè)迷你移動(dòng)氣象站，氣象部門可以隨時(shí)接收到由它們傳回的資料。此外，這些造價(jià)低廉的傳感器還會(huì)被安裝在城市建筑物、公交車、飛機(jī)等處。2030年，一個(gè)更為復(fù)雜、更為綜合的全球觀測系統(tǒng)將覆蓋從太陽表面一直延伸到海底的所有環(huán)境。隨著信息技術(shù)的突飛猛進(jìn)，這些傳感器可以相互交換信息，氣象工作者將可以隨時(shí)得到指定地點(diǎn)的準(zhǔn)確同步觀測信息。
　　20年后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展令人驚嘆。巨型超級(jí)計(jì)算機(jī)將處理這些觀測數(shù)據(jù)，并通過先進(jìn)的資料同化技術(shù)將它們拼接成準(zhǔn)確、詳細(xì)的大氣圖像，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)則將把這些處理后的數(shù)據(jù)作為初始場使用。當(dāng)然，觀測數(shù)據(jù)的內(nèi)在誤差和大氣的混沌特性決定了任何預(yù)報(bào)仍有不確定性。
　　2030年，集合預(yù)報(bào)系統(tǒng)將是最主要的預(yù)報(bào)工具，它將包括多個(gè)分辨率可達(dá)米量級(jí)的數(shù)值預(yù)報(bào)模式，可以生成所有時(shí)間尺度的預(yù)報(bào)產(chǎn)品。輸出結(jié)果將不僅僅提供短期和長期的最大“可能”的預(yù)報(bào)，而且可以定量地提供預(yù)報(bào)的不確定信息。
　　此外，可視化技術(shù)的發(fā)展使得預(yù)報(bào)工作站能將全息可視圖像與互動(dòng)性對(duì)話界面相結(jié)合，氣象工作者將能夠把投射的影像進(jìn)行隨意翻轉(zhuǎn)，通過“觸摸”天氣系統(tǒng)來分析天氣事件的詳盡資料。
　　到了2030年，氣象工作者不僅要做天氣預(yù)報(bào)，更為重要的是，要預(yù)報(bào)天氣所帶來的影響。于是需要新的方法來加工、制作和發(fā)布可靠的天氣預(yù)報(bào)信息及其影響。為了達(dá)到這一目的，氣象預(yù)報(bào)將由不同的專業(yè)部門來共同完成，所以2030年的氣象機(jī)構(gòu)將會(huì)由一系列的專業(yè)部門所構(gòu)成，其方式就如同現(xiàn)在醫(yī)院不同類別的門診，每個(gè)部門負(fù)責(zé)診斷和分析大氣的不同構(gòu)成。最終的天氣預(yù)報(bào)資料將會(huì)傳送給對(duì)各個(gè)領(lǐng)域影響進(jìn)行分析和預(yù)報(bào)的部門，并由他們做出天氣影響預(yù)報(bào)。
　　有了先進(jìn)的預(yù)報(bào)，服務(wù)又是如何跟進(jìn)的呢？2030年，氣象部門作為服務(wù)提供者將存儲(chǔ)和分發(fā)前所未有的大量實(shí)時(shí)和預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)以及歷史記錄的統(tǒng)計(jì)信息，而終端用戶將通過提出需求而獲得服務(wù)。氣象部門將為用戶提供操作簡單、易于理解的界面。使用此界面，用戶就可以定制所需的預(yù)報(bào)產(chǎn)品。而產(chǎn)品不僅包括了時(shí)間、地點(diǎn)，而且根據(jù)預(yù)報(bào)時(shí)效的長短，將有關(guān)預(yù)報(bào)的不確定信息包含其中?？偟膩碚f，就是按需提供預(yù)報(bào)。
　　另外，氣象部門將針對(duì)各行各業(yè)做出不同的服務(wù)產(chǎn)品，各行業(yè)可以像進(jìn)入超市一樣，選擇自己需要的產(chǎn)品。
　　專家認(rèn)為，全集成是未來氣象臺(tái)的一個(gè)重要功能。對(duì)日常生活來說，這意味著智能的家庭和辦公室將自動(dòng)連接到氣象臺(tái)，按照天氣變化來管理空調(diào)系統(tǒng)等，并向家庭或辦公場所提供一系列的相關(guān)對(duì)策。
　　回到文章開頭提到的METNET，它是氣象學(xué)家們?cè)O(shè)想的為城市人提供全方位、個(gè)性化氣象服務(wù)的系統(tǒng)。雖然在今天的我們看來，這一切還只是夢想，但基于目前的技術(shù)發(fā)展水平，這種隨時(shí)隨處可得的“貼身管家”式服務(wù)很有可能在20年后夢想成真。
　　【責(zé)任編輯】 趙 菲