天气预报这么准我也很绝望啊！

科普中国-科普融合创作 2017-07-12

　　出品：科普中国

　　制作：大阪大学张昊

　　监制：中国科学院计算机网络信息中心

　　最近北京持续高温，女朋友突然说，“好希望天气预报能报不准！”

　　“为啥啊？”我百思不得解。

　　“报不准嘛，比如，突然来一场雷雨降降温，或者，预报37摄氏度其实30摄氏度也行！”

　　我的女朋友，果然脑回路与众不同呢。不过我还是对她说，“这基本不可能。现代天气预报可是很准的。”

　　“虽然这么说，但在我的印象中，天气预报以前也报错过啊。”

　　“确实有报不准的情况，但是概率很小，而且这种情况会越来越少，不信你看。”

　　现代的天气预报是如何进行的？

　　要说现代天气预报有多准，可以先看看现代天气预报是怎么做的。

　　“东风不与周郎便，铜雀春深锁二乔”。自古以来，小到黎民百姓的生产生活，大到国家民族间的兵戎相见，都免不了受到当时天气的影响和制约。古人对于天气的预测纯属来自千万年口耳相传的观测经验，偶然性相当大。近代以来，随着雷达技术，卫星技术以及计算机技术的进步，人类不光能从地面获知大气层的变化动态，更能从遥远的太空俯瞰广大的地表区域，实现对灾害性天气事件的预防和日常天气的预报。

　　现代的天气预报系统，主要分为地上气象观测站，地面气象雷达系统，高层大气气象观测，气象卫星以及数据解析中心等几种分工不同，各有侧重的观测网络体系。

　　地上气象站主要负责采集各地的气压、气温、湿度、风向、风速、降水量、积雪深度、日照时间、云量以及空气质量等气象数据。这些数据一方面用于与其他途径采集的大气活动信息进行汇总，以便进行实时天气预报，另一方面则形成数据库，作为长期研究气候变动的宝贵资料。

　　地面气象雷达系统通过建立在各地的雷达设施向所在空域云层发射厘米级波长的电磁波，来观测数百公里范围内云层中的凝结核、冰晶以及雨滴或雪花的形成情况。雷达获得的数据再与地面观测站的实测结果进行汇总分析，从而实现对雨雪天气的预报。

图1. 左：地上气象站，右：地面气象雷达站

　　高层大气气象观测主要通过释放无线电探空仪和布置风廓线雷达实现。前者可以认为是地面气象站的高空版，可以实现收集约三十千米高空处气象数据的功能。后者可以认为是地面雨雪气象雷达的孪生兄弟，主要测量高空中的风速和风向等信息。

图2. 左：风廓线雷达阵列，右：无线电探空仪

图3. 雨雪气象雷达和风廓线雷达的工作原理

　　气象卫星位于这个由低到高层次分明的观测网络的最上方，主要负责监测大范围区域内的气象变化，特别是台风一类的灾害性气象事件。

　　此外，云层在数天内的变化趋势，大范围的海水温度分布，森林火灾的预警和监测，对于气象卫星来说都不过是略施身手，农业害虫的迁徙，火山活动的监测，海水潮位的异常变化也都难逃气象卫星法眼。

　　以超级计算机作为核心的信息处理中心堪称整个气象监控与预报网络的大脑。各级观测设施，装置中收集到的无数琐碎信息，经过超级计算机的运算，多重因素复合作用下的复杂动态过程亦可轻松模拟。小到当天某时某地的天气精准预报，大到全国范围内整个季节中降水量与往年平均值的相对大小，超级计算机可谓是无所不知。

图4. 飓风的卫星云图

　　天气预报会“报不准”吗？

　　即使有了这么强大的预报系统，我们还是不得不承认，天气预报确实有时会“报不准”。为什么呢？

　　这个问题一般来说受到两个因素制约。

　　首先，现代天气预报早已不是曾经的全市统一，一天播报一次，而是定位精准并且实时更新。正如上面所述，天气变化是一个多因素作用下的极端复杂体系，现今的技术很难实现数小时后的精确预报，但是大城市局地的短时预报精准度还是相当高的。很多人的习惯还停留在当年的头天晚上收听第二天的天气预报，最后发生偏差也是情理之中了。

　　其次，夏天的锋面雨等短时强对流天气，由于其演化规律突然性大，即便是超级计算机也时常有心无力，无法精准预知。但是，做到在强对流天气发生一两个小时前实现应急预警，目前的技术还是把握颇大的。

　　在气象预报方面，人类从无知懵懂到小有所成，技术进步的脚步仍然坚定向前，天气预报的精准度和有效预测时间还会逐渐增加。

　　如何提高气象预报特别是降雨预报的精确性？

　　为了减少“报不准”的情况，提高预报精度，可以加强对各大气象预报系统的硬件建设投入，只有拥有了遍布城乡的观测和雷达系统，覆盖区域上空的气象卫星网络，才能实现气象预报数据的有效采集，预报精度自然随之上升。比如，国土狭小人口密集，技术、资金实力雄厚的日本拥有密度远超一般国家的气象信息采集系统，其气象预报的精准程度超过中国乃至其它发达国家也就不足为奇了。

　　看来，与其盼天气预报不准，可能还不如盼“雨神”来一下，突然来场雨的希望更大。