天氣預報：從經(jīng)驗分析到模式定量運算的飛躍

【字體：大 中 小】 2013-03-13 14:32:51   來源： 中國天氣網(wǎng)

“夫運籌帷幄之中，決勝于千里之外?！保ā妒酚?高祖本紀》）茫茫宇宙，天氣變化多端，天氣預報何嘗不是如此！

如今每當人們出門時都會問一下天氣如何，可以說人們越來越重視氣象了。60年來，天氣預報從過去的“猜天氣”發(fā)展到了今天的實時測天氣，可以說是發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

走進寬敞的中央氣象臺會商室，工作人員正在緊張地忙碌著。接收實時的衛(wèi)星云圖——云量的變化為工作人員準確的預報提供了可靠的依據(jù)；利用頂級計算機處理著各種天氣模式——天氣模式是工作人員準確預報的前提；在數(shù)字化平臺上傳輸著大信息量數(shù)據(jù)——數(shù)字化平臺能保證氣象信息第一時間送達。

紙質(zhì)經(jīng)驗分析天氣預報（1949-1989）

在我模糊的記憶當中，小時候看外祖父和母親每天就是面對著大量的天氣圖，一張張繪制等值線，反復比較，反復討論。雖然每天工作時間很長，但最早時候的天氣預報時效也就是24小時。簡單地分析天氣圖，根據(jù)當時的天氣實況進行分析預報。所以人們說以前主要就是靠預報員的經(jīng)驗分析來做預報。

一段有趣的回憶：20世紀80年代甘肅的一個冬天，一次強冷空氣過程，氣象臺專家們對這次冷空氣將造成的影響意見不一，主要是當時擁有的預報依據(jù)太少，此前也很少遇到如此強烈的天氣過程。外祖父當時的分析是天水市將會迎來一場大到暴雪。要知道甘肅此前一直比較缺水，如此量級的降雪，在天水實在不多見，預報員們也不大敢報。好在天水果然降了暴雪，我們家的大門都被大雪封住了，過了整整一天，我才能出門看看。整個天水市已經(jīng)完全被雪覆蓋，我也和其他孩子一樣，堆雪人玩去了。外祖父的預報算是準確無誤，但外祖父卻告訴我，這不過是個偶然，國內(nèi)技術(shù)水平與發(fā)達國家相比實在有限，都得靠預報員的經(jīng)驗，想每次都準確預報實在很困難的。

早期天氣預報員給飛行員說天氣（資料圖片）

由于受當時條件所限，天氣預報的準確率也只達到了60%，有時還會發(fā)生報雨無雨，報晴下雨的情況。好在我國在建國初期已經(jīng)有了數(shù)量不少的地面觀測站，預報員們利用放氣球、測溫壓濕等方法，取得必要的氣象數(shù)據(jù)。因此，擁有氣象觀測站的地區(qū)預報還是相對準確的，但還是遠遠滿足不了人們生活的需要。而隨著時間的變遷，電子設備開始逐步進入了氣象領(lǐng)域。

早期氣象站（資料圖片）

模式定量運算天氣預報（1990-1999）

以前都是人工觀測，費時費力，科學誤差在所難免。我自己第一次在大學里學看濕度表時，怎么都看不準，要知道，稍微的偏差，就可能會影響預報員最后預報的結(jié)論。

到了20世紀90年代以后，隨著計算機的發(fā)展，好多業(yè)務都通過計算機來實現(xiàn)，更快、更高效。全國氣象業(yè)務平臺也順利搭建了起來，每個省、每個市、每個縣都不再是孤軍奮戰(zhàn)，互相交流，互相學習。

尤其到了1999年前后，隨著數(shù)值預報的出現(xiàn)并不斷改進，天氣預報準確性大大提高了。我還記得那個時候，CPU技術(shù)開始飛速發(fā)展，特別是奔騰2代處理器的出現(xiàn)，直接使計算機的應用技術(shù)上升到了新的高度。預報員們開始真正脫離手工繪制的紙質(zhì)天氣圖，利用計算機讀取資料、分析再打印成為預報員們需要的材料。

20世紀90年代各地氣象臺已經(jīng)初具規(guī)模

從24小時的天氣預報，發(fā)展到了可以進行長達5天的天氣預測，電腦為氣象事業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎，伴隨著2000年的到來，氣象事業(yè)再次迎來了發(fā)展的轉(zhuǎn)折點。

信息化、可視化遠程會商（2000-至今）

變化最大的是2000年以后這段時間，主要也是社會發(fā)展的要求，不光要預報明天會不會下雨，還要報出什么時間下雨，或者下在什么地方。當我還在南京信息工程大學讀書的時候（2004-2008），老師就告訴我，如今氣象部門不再只是預報天氣的單位，更肩負著巨大的社會責任感。正如老師所說，在國家不斷強大的大前提下，氣象部門的發(fā)展也是比較快的，現(xiàn)在國家氣象中心已經(jīng)不僅為全國各單位、個人提供天氣預報，還為其他社會行業(yè)提供服務信息，第一時間保證人民生命財產(chǎn)安全。

高性能計算機系統(tǒng)（資料圖片）

就拿現(xiàn)在的中央氣象臺會商室來說吧，已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。這里再也看不到堆積如山的稿紙，再也看不到預報員奔來奔去的身影，取而代之的是高性能計算機和無數(shù)個大屏幕顯示器，以及最先進的可視化會商系統(tǒng)?，F(xiàn)在預報員們只需端坐在辦公桌前，就可以將自己的預報意見與同事分享討論，并可以通過龐大的氣象業(yè)務系統(tǒng)，發(fā)送給全國各個需求單位。如此方便快捷，為預報員們節(jié)省了很多寶貴的時間，也為21世紀以來氣象事業(yè)的迅猛發(fā)展提供了保障。

最先進的可視化會商系統(tǒng)

總之，60年來，我國天氣預報業(yè)務發(fā)生了巨大的變化：徹底改變了新中國成立初期的“三缺”（一缺實時氣象資料、二缺天氣預報人員、三缺分析預報技術(shù)）狀況，基本形成了國家、區(qū)域、省級、地區(qū)級，縣級五級有機結(jié)合的天氣預報業(yè)務體系；預報技術(shù)正向客觀、定量、自動化方向轉(zhuǎn)變；數(shù)值預報業(yè)務從無到有、使我國成為世界上能開展中期數(shù)值天氣預報的少數(shù)幾個國家之一；天氣預報業(yè)務已基本實現(xiàn)了由傳統(tǒng)的以預報員天氣學經(jīng)驗為主要方法和以天氣圖為主要工具的技術(shù)路線向以人機交互處理系統(tǒng)為平臺，以數(shù)值天氣預報產(chǎn)品為基礎、綜合應用多種技術(shù)方法制作預報的技術(shù)路線的過渡；雷達、衛(wèi)星、計算機等新技術(shù)的廣泛應用，大大增強了我國長期、中期、短期、短時天氣預報的能力，縮小了與發(fā)達國家的差距。

20世紀六七十年代以前，基本上幾十年“一貫制”，以紙質(zhì)天氣圖為主要工具來分析研究天氣發(fā)生發(fā)展規(guī)律，制作短期天氣預報。特別是1978年，國家計委氣象組決定，把發(fā)展數(shù)值天氣預報作為氣象事業(yè)現(xiàn)代化建設的重要步驟，確立了以數(shù)值天氣預報為基礎的方針，是天氣預報業(yè)務發(fā)展的一個重要里程碑。

我國的數(shù)值天氣預報同樣經(jīng)歷了一個從無到有的發(fā)展過程。大致可分為20世紀50-60年代試驗研究，60年代末至70年代的半自動數(shù)值預報系統(tǒng)，70年代末至80年代初的短期數(shù)值預報系統(tǒng)、80年代中期至21世紀初期的中期數(shù)值預報系統(tǒng)以及十五期間數(shù)值預報創(chuàng)新研究等幾個階段。我國數(shù)值天氣預報從無到有，逐步壯大。國家已經(jīng)建立起由全球中期數(shù)值天氣預報（T639L60，水平分辨率約為20千米）、中期集合預報（T213L31-GEPS，15個樣本，水平分辨率約為60千米）、有限區(qū)域數(shù)值天氣預報（水平分辨率約為27千米）、中尺度數(shù)值天氣預報（水平分辨率約為6千米）、臺風、沙塵暴、核污染擴散、森林火險氣象等級、大氣污染數(shù)值預報模式系統(tǒng)等組成的比較完整的數(shù)值天氣預報業(yè)務體系，還將拓展海浪數(shù)值預報系統(tǒng)。數(shù)值預報產(chǎn)品種類繁多，每天通過“9210”網(wǎng)絡下發(fā)的數(shù)值預報產(chǎn)品多達9000余份，除常規(guī)氣象要素產(chǎn)品外，還能提供環(huán)境緊急響應、沙塵暴、空氣質(zhì)量、紫外線、森林火險等產(chǎn)品服務，使我國數(shù)值預報能力提高到了一個新的水平，比如，北半球中期數(shù)值預報可用時效達6天左右，縮短了與發(fā)達國家的差距。

如今我國氣象部門已經(jīng)從簡單的24小時天氣預報，發(fā)展到了10天內(nèi)的中短期天氣預報、月季年的氣候預測，各種災害性天氣的臨近預報和預警，同時實時發(fā)布地質(zhì)災害等級、森林草原火險等級等與氣象相關(guān)的預報信息，以及各種生活資訊信息。目前氣象信息已滲透到公眾生活的方方面面，有效地提高了全社會防災減災、趨利避害的能力。

（來源：《氣象知識》雜志2009年第5期，作者：卞赟 阿蘇）