科普|天氣預報：求解風云變幻的方程式

【字體：大中小】 2023-02-14 17:42:34 來源：學習強國

數(shù)值天氣預報的“前世今生”

中國古典名著《三國演義》中赤壁之戰(zhàn)“借東風”的情節(jié)被人們所熟知：蜀漢丞相諸葛亮通過觀測，結合史書對長江流域天氣變化的記載，預測出東風的到來。

雖然歷史上諸葛亮并沒有參與赤壁之戰(zhàn)，也沒有呼風喚雨之能，指揮赤壁之戰(zhàn)的人是東吳名將周瑜。但從這個故事中，我們可以了解到，古人有通過生活經驗來判斷天氣的經歷。

隨著世界第一張?zhí)鞖鈭D的誕生，天氣預報開始變?yōu)閼每茖W。而后，氣象觀測站點數(shù)量以及天氣圖覆蓋面的增加、衛(wèi)星遙感技術的應用，形成了各種類型資料之間的對比、分類、聚類和規(guī)律，這使得基于天氣圖的預報準確率逐步提升。

后來，伴隨計算機技術的飛速發(fā)展，美國科學家首次使用計算機制作出以大氣動力學為基礎的數(shù)值天氣預報。從此，數(shù)值天氣預報逐步成為天氣預報的主要方法，并在全球天氣監(jiān)測網絡和龐大的超級計算機系統(tǒng)支持下，預報準確率和預報時效大幅提升。

什么是數(shù)值天氣預報

那么，什么是數(shù)值天氣預報呢？簡單來說，它是一種用高性能計算機把未來天氣“算”出來的科學。天氣預報員們預報天氣就像在用計算機解一道非常復雜的數(shù)學題。因此，天氣預報與數(shù)學密不可分。

因為大氣運動總是遵循一定的規(guī)律，將這些規(guī)律編寫成一系列數(shù)學方程組，其中包括運動方程、熱力學方程、連續(xù)方程、狀態(tài)方程及水汽方程等，再利用高性能計算機求取這些方程組的近似數(shù)值解，得到未來天氣發(fā)展變化狀況，就是數(shù)值天氣預報。

實踐中使用的數(shù)學方程組非常復雜，因為大氣變化復雜多樣，除了大氣層，還受海洋、陸地表面狀況等多重因素的影響，數(shù)值天氣預報中，要對所有這些因素進行精確的模擬。

中國數(shù)值天氣預報研究始于1954年，是國際上較早開展數(shù)值天氣預報的國家之一。2021年9月30日，中國氣象局地球系統(tǒng)數(shù)值預報中心成立，求解風云變幻的方程式（數(shù)值天氣預報）將在天氣氣候預報預測、氣象災害監(jiān)測預警方面發(fā)揮更加重要的作用！

天氣預報是怎么做出來的

第一步：進行氣象觀測，即利用氣象衛(wèi)星、探空氣球、自動氣象站，得到降雨、氣溫、氣象、風向、風速等基礎數(shù)據。

第二步：將觀測數(shù)據輸入數(shù)學方程組中，通過大型計算機進行運算，得到各種預報數(shù)據。

第三步：天氣預報員通過對這些數(shù)據進行綜合分析，繪制天氣圖，結合當?shù)靥鞖忸A報學經驗，做出具體的天氣預報。

世界第一張?zhí)鞖鈭D的誕生

天氣圖是指填有各地同一時間氣象要素的特制地圖，是預報天氣的重要依據。

世界上第一張?zhí)鞖鈭D誕生于1854年11月14日，由巴黎天文臺臺長勒維烈制作。

當時，英法聯(lián)軍與沙皇俄國激戰(zhàn)正酣（即歷史上的克里米亞戰(zhàn)爭），打算在黑海地區(qū)登陸的英法聯(lián)軍卻突遇海上風暴，幾乎全軍覆滅。勒維烈為研究這次風暴的原因，向各國氣象學家征集風暴發(fā)生前后的氣象報告，把同一時間各地的氣象情況填在一張圖上。世界上第一張?zhí)鞖鈭D就此誕生。