天氣預(yù)報方法的發(fā)展

劉 成，孫雪雷

中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023

天氣預(yù)報的產(chǎn)生與發(fā)展與社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)進(jìn)步、以及人們的生活需求密切相關(guān)，天氣預(yù)報產(chǎn)生到發(fā)展，是很多人努力與汗水的結(jié)晶，天氣預(yù)報方法在不斷趨于科學(xué)化、準(zhǔn)確化。現(xiàn)如今天氣預(yù)報主要采用數(shù)值預(yù)報的方式進(jìn)行預(yù)告天氣，具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性與科學(xué)性，往往能較為準(zhǔn)確的預(yù)測未來多天的天氣，給人們的生產(chǎn)生活提供便利的指導(dǎo)，及時降低了很多自然災(zāi)害的破壞性。

1 天氣預(yù)報簡析

天氣預(yù)報，是以大氣為研究對象，對某一區(qū)域在未來一定時間段內(nèi)大氣的運(yùn)動狀況作出預(yù)測，一般情況下，天氣與氣候的預(yù)測都屬于天氣預(yù)報的范圍，天氣預(yù)報依據(jù)時間長短，可以劃分不同類型，在0小時-12小時內(nèi)的天氣預(yù)報為短時預(yù)報，而1天-2天的預(yù)報則是短期天氣預(yù)報，半個月左右的天氣預(yù)報則是中期天氣預(yù)報，通常，我們所能聽到的是短期或中期的天氣預(yù)報，短時預(yù)報則較少。天氣自古以來就是人們關(guān)注的事物，一些氣象諺語與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)有著密切的聯(lián)系，隨著水銀氣壓計的發(fā)明，真正科學(xué)的天氣預(yù)報時代才剛剛拉開序幕，漫長的氣象預(yù)報發(fā)展至今，已形成四個可以清晰辨明的發(fā)展階段:民間技藝，單站預(yù)報，天氣圖預(yù)報，數(shù)值預(yù)報。下文將對這四種天氣預(yù)報方法作詳細(xì)說明，以了解天氣預(yù)報方法的發(fā)展歷程。

2 天氣預(yù)報方法的發(fā)展綜議

2.1 民間技藝

很多國家都有關(guān)于氣象的研究，尤其是一些歷史悠久的文明古國，其天氣預(yù)報方法的發(fā)展歷史也很悠久，我國古人很早就關(guān)注氣象方面的知識，早在殷代的時候，甲骨卜辭上便有天氣預(yù)報的相關(guān)記載。在國外，像那些歷史久遠(yuǎn)的古國，如巴比倫、古希臘，較早時也有關(guān)于天氣方面的記載，巴比倫有很多關(guān)于氣象的諺語，而古希臘著名學(xué)者亞里士多德對前人或以前的氣象方面的知識進(jìn)行總結(jié)歸納，作成一部世界上最早的氣象方面的書籍，名為《氣象匯論》，氣象諺語凝結(jié)著無數(shù)人的生活經(jīng)驗(yàn)與切身體驗(yàn)，很多諺語都包含著眾多有用的信息，也有很多諺語是科學(xué)的，在沒有廣播、電視觀看天氣預(yù)報的年代，農(nóng)民往往依據(jù)氣象諺語有效地安排農(nóng)時，其對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)作用，但由于科學(xué)技術(shù)的落后與人們認(rèn)識的局限性，很多諺語只是事物的表面觀察，沒能全面認(rèn)識大氣的運(yùn)動狀況并給與科學(xué)的解釋，局限性明顯。因此，以此作為預(yù)報天氣的依據(jù)，不準(zhǔn)確性顯而易見，很多人因無法解釋一些天氣狀況，而將天氣蒙上迷信的色彩。早期天氣預(yù)報的種種局限性帶來天氣預(yù)報方式變革，促成能得到準(zhǔn)確天氣數(shù)據(jù)的測量工具的發(fā)明與使用。

2.2 單站預(yù)報

隨著科技的進(jìn)步，單站預(yù)報在民間技藝之后又成了天氣預(yù)報的一種方式，所謂單站預(yù)報，即以一個站點(diǎn)氣象要素的演變?yōu)橐罁?jù)，這些氣象要素包括溫度、濕地、地面氣壓等要素，單站預(yù)報是在很小的范圍內(nèi)進(jìn)行天氣預(yù)測，雖然準(zhǔn)確率不高，但相比傳統(tǒng)的以經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行天氣預(yù)報的民間技藝，已有了很大的進(jìn)步。這種進(jìn)步是科技革命的成果，是很多科學(xué)家共同的努力，意大利天文學(xué)家伽利略發(fā)明了空氣溫度表，托里拆利發(fā)明了氣壓表，各種測量儀器的發(fā)明，使得風(fēng)速、氣壓等要素實(shí)現(xiàn)測量，這些能對氣象要素進(jìn)行測量的儀器的發(fā)明是氣象發(fā)展史的一次飛躍，氣象學(xué)理論的逐步建立，信風(fēng)、大氣環(huán)流理論的產(chǎn)生發(fā)展都為天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性與科學(xué)性奠定較為堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，但由于通訊系統(tǒng)的局限性，及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展程度較低，單站預(yù)報僅僅停留在一站之地，預(yù)報有坐井觀天之感，不能對站點(diǎn)以外的天氣進(jìn)行預(yù)報，雖然單站預(yù)報在天氣預(yù)測方面已有了一定的準(zhǔn)確性，但是其局限性又促成了新一輪天氣預(yù)報方法的更新與發(fā)展。

2.3 天氣圖預(yù)報探析

2.3.1 天氣圖預(yù)報的背景與預(yù)報過程

天氣圖預(yù)報在氣象預(yù)報與氣象科學(xué)史上具有劃時代的意義，天氣圖預(yù)報需要掌握大氣運(yùn)動的規(guī)律，需要獲取大量由地面到高空的氣象方面的數(shù)據(jù)與信息，并將不同地點(diǎn)的氣象要素進(jìn)行有機(jī)地聯(lián)合，這使氣象觀測在單站預(yù)報的基礎(chǔ)上有質(zhì)的突破。在一戰(zhàn)的時代背景下，惡劣天氣的突然來襲重創(chuàng)了英法聯(lián)軍，一些有識之士意識到這些災(zāi)難在對氣象資料進(jìn)行研究，作出氣象圖進(jìn)行天氣預(yù)報后是可以避免的，氣象圖以各種符號標(biāo)注天氣系統(tǒng)，按一定的標(biāo)準(zhǔn)劃分，可將氣象圖歸為三類，即地面氣象圖、高空氣象圖、輔助氣象圖，具體定制天氣系統(tǒng)的過程有兩步，第一步，對大氣形式進(jìn)行預(yù)報，由于大氣在一定時間段間隔中，兩個點(diǎn)有連續(xù)性的特點(diǎn)，因此，就可推斷出未來天氣系統(tǒng)的位置與強(qiáng)度，由同一時刻地面與天空的配合，了解與規(guī)劃天氣系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)，利用動力氣象學(xué)與天文學(xué)的有關(guān)概念，對未來幾天的天氣狀況進(jìn)行推測。第二步，在天氣形式預(yù)報之后，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍庀笠氐木唧w數(shù)據(jù)做出天氣預(yù)報，從天氣形式預(yù)報到天氣預(yù)報不是一蹴而就的過程，需要的是預(yù)報員多年的預(yù)報經(jīng)驗(yàn)，加上檔案中的相似天氣的例子，天氣圖預(yù)報對于短期天氣形勢變化不大時比較有效，突發(fā)的天氣狀況發(fā)生時，預(yù)報員往往由于來不及做出判斷，對天氣錯誤報道，決定天氣的因素很多，在科技沒能足夠發(fā)達(dá)的情況下，做出準(zhǔn)確的預(yù)報也十分困難。

2.3.2 天氣預(yù)測方法

天氣與短期氣候的預(yù)測一般采用統(tǒng)計學(xué)方法，統(tǒng)計學(xué)方法是一種行之有效的預(yù)測天氣的方法，數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展更為氣候預(yù)測提供了好的條件，統(tǒng)計學(xué)方法通過對各種數(shù)列的統(tǒng)計歸納，了解與發(fā)現(xiàn)規(guī)律，進(jìn)而預(yù)測未來的天氣狀況，統(tǒng)計學(xué)方法容易忽略事物背后某些相關(guān)的重要因素，降低了準(zhǔn)確率。這是統(tǒng)計學(xué)方法需要改進(jìn)與突破的地方。

2.4 數(shù)值預(yù)報探議

2.4.1 數(shù)值預(yù)報模式

大氣運(yùn)動遵循著特定的物理定律，利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行演算推論，計算出未來一段時間的大氣運(yùn)動狀況，是目前所能進(jìn)行天氣預(yù)報的最為準(zhǔn)確且有效的方法。通常所說的數(shù)值預(yù)報模式是建立在V.Bjerknes的工作與研究的結(jié)果之上的，他給出了描述大氣運(yùn)動的方程組，該方程組設(shè)七個變量，分別是緯向風(fēng)速、垂直風(fēng)速、經(jīng)向風(fēng)速、溫度、密度、比濕、氣壓，由于求解十分困難，方程組的精確值未計算出來，但利用數(shù)值計算方法，讓計算機(jī)可求解，得出了其數(shù)值解，由于計算量極大，在當(dāng)時，利用計算機(jī)求解也需要很長時間，很多近代國內(nèi)外科學(xué)家都為此做了很多嘗試，在20世紀(jì)初期，英國數(shù)學(xué)家用數(shù)值方法計算天氣變化，用手搖計算機(jī)搖了幾個月，由于過程極為復(fù)雜，技術(shù)的落后，最終以失敗告終，之后，一些研究者在吸取前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，不斷的實(shí)踐，加上科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)值預(yù)報在天氣預(yù)報中的作用也越來越大，世界上最先進(jìn)的數(shù)值預(yù)報業(yè)務(wù)體系能對世界范圍內(nèi)7天-9天的天氣狀況進(jìn)行有效預(yù)測。其準(zhǔn)確性也達(dá)到了讓很多人吃驚的程度，在未來的不斷改進(jìn)與發(fā)展之下，天氣預(yù)報所能預(yù)報的天數(shù)也會越來越長。

2.4.2 數(shù)值預(yù)測的發(fā)展，以ENSO現(xiàn)象為例

ENSO是厄爾尼諾-南方濤動的英文縮寫，是全球氣候變化的重要信號，在1986年，Game與Zebiak設(shè)計的海氣耦合模式成功兩次預(yù)測了厄爾尼諾現(xiàn)象，增強(qiáng)了天氣研究界的信心，很多氣象工作者都潛心研究，使ENSO的研究與數(shù)值預(yù)測的研究有了很大進(jìn)步，天氣預(yù)測的準(zhǔn)確性雖然受很多不確定因素的制約，但以ENSO為例，數(shù)值預(yù)報方式有效且科學(xué)，能促進(jìn)天氣預(yù)測精度的提高，相信在眾多科學(xué)家不斷潛心研究與技術(shù)發(fā)展之下，天氣預(yù)報的精度也會不斷提升，對很多典型氣象的預(yù)測結(jié)果也會更加準(zhǔn)確。

3 結(jié)輪

天氣預(yù)報經(jīng)過漫長的人類發(fā)展史，已形成了一整套的發(fā)展體系，歷經(jīng)民間技藝、單站預(yù)報、天氣圖預(yù)報、數(shù)值預(yù)報的發(fā)展史，預(yù)報的精度逐步提高，為人們的生活生產(chǎn)活動提供了重要的指導(dǎo)作用，但天氣預(yù)報受很多不確定因素的影響，仍會有很多沒能及時預(yù)料的天氣現(xiàn)象的出現(xiàn)。在科學(xué)技術(shù)飛躍發(fā)展的今天，加上很多科研工作者不斷地潛心研究，未來的天氣預(yù)報也會更加準(zhǔn)確，預(yù)報方式也會更加先進(jìn)。

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