天气预报怎么做领域应用

明天下不下雨,是谁算出来的?

预报员不靠掐指一算:数以万计的地面观测站、两百多部天气雷达、上百颗气象卫星的数据,再加一屋子超级计算机,合力猜一片云的下一步。

9岁以上7分钟气象 · 预报 · 超算
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出门前瞄一眼天气 App:“今天降水概率 70%”。你抓起伞,傍晚果然淋了个正着。为什么一句“70%”就能算准一场雨?答案有点颠覆:明天的天气,不是“看”出来的,是“算”出来的——把大气装进计算机里,让它替地球先跑一遍明天。

你知道吗

一百年前,英国科学家理查森做过一件最悲壮的实验:想靠人手计算天气。他埋头算了几个月,才推出六小时后的气压,还错得离谱。他预言:有朝一日计算够快,预报将改天换地——几十年后,超级计算机替他圆了梦。

把大气装进格子

预报的第一步是摸清大气此刻的家底:地面观测站、漂浮在高空的探空气球、转动雷达、风云卫星,把温度、湿度、风速一网打尽。第二步,把全球大气切成几百万个小格子,每个格子写进一套物理定律——空气怎么流、水汽怎么凝、热量怎么传,全是流体力学和热力学的方程。第三步,交给超级计算机一格一格往前推:下一分钟全世界什么样,再下一分钟……推到明天、推到下一周。

可惜大气是个“暴脾气”:初始数据差一丝丝,算到后面就可能面目全非——气象学家洛伦兹给它起名叫蝴蝶效应,还留下了那个著名的演讲标题。对策叫集合预报:同一片天,故意摆几十套略有差别的起手数据,让计算机跑几十个“平行世界”;几十个世界都说下雨,预报就敢报 80%;吵成一团,只好报 50%。所以三天内的预报相当靠谱,一周开外,就只能说说趋势。

  • 观测:站、气球、雷达、卫星,摸清大气家底
  • 数值预报:物理定律写进格子,计算机推演
  • 集合预报:跑几十个平行世界,看意见齐不齐
  • 蝴蝶效应:初值差一点,结局面目全非
  • 风云卫星:中国气象观测的天基哨兵

越算越准的几十年

这套系统正在悄悄进步:如今的三天预报,准确程度大约抵得上三十年前一两天的水平,台风路径的预报误差几十年来缩了一大半。中国的风云气象卫星从 1988 年起一颗颗上天,如今几十个国家在用它的数据;全球模式每天在超级计算机上起报四次,永不疲倦。

动手试试

动手试一试:当一周“民间预报员”——每天傍晚固定时间,看看天、记下云量和风向,顺手猜猜明天晴雨;第二天对照实况,给自己打分,统计一周命中率。你会发现光凭眼睛看天有多难——顺便也就明白,为什么人类需要卫星、雷达和一屋子超级计算机。

巴西的一只蝴蝶扇动翅膀,会在得克萨斯引发龙卷风吗?——洛伦兹(演讲标题,1972)