受气象科学认知水平的限制
仍然难以准确预测天气
□ 万军
3月23日是第58个世界气象日。
天气非常接近我们的生活。风、霜、雨和雪与我们的日常生活密切相关。但是很少有人知道天气。天气预报是怎么来的？为什么不准确？中国气象局电影电视中心总工程师朱定珍谈到了原因。
人们通常称之为计算机天气预报是指气象数值预报，它将现实中的物理现象描述为数学模型，并通过计算机演算预测这些物理现象将如何发展。可以说，气象科学是探索如何用数学方程来描述物理现象的过程。
然而，天气模拟过程中涉及许多变量，需要大量信息来反映天气的变化特征，这需要巨大且无限的计算能力。无论计算能力有多高，对气象学来说都是不够的。在气象学的研究和应用中，流行的“云计算”和“大数据”并不是什么新鲜事。
除了最强的计算能力外，一个好的天气预报还需要准确的观测信息，因为只有知道今天的温度，我们才能根据模型计算出明天的温度。目前，世界各地已经建立了许多观测站，数量还在不断增加，但仍不能满足气象研究和预报的需要。理想情况下，我们希望观测站均匀分布在地球表面。最好沿经纬度方向每隔一公里设置一个站点来收集数据。尽管在海中建造一个观测站是困难的，但即使在陆地上也很难实现。当然，仅仅地球表面是不够的。毕竟，我们想要模拟的大气并不是只有一个平面，观测站需要设置在不同的高度。所以我们需要从天空进行遥感和卫星观测。通过卫星遥感技术，我们可以反演大气中不同层次的物质反应和运动规律。我们现在之所以能够很好地预测台风，正是因为当台风在海上刚刚形成时，我们可以通过卫星看到它们，然后我们可以一目了然地看到它们是如何发展和移动的。
超级计算机和遥感卫星都是天气预报的必要技术。它们有助于预报员更快地计算，看得更远。然而，由于目前人类对气象科学的理解水平，我们仍然无法做出完全准确的天气预报。
2017年，中国气象局被世界气象组织命名为世界气象中心。除了数值预报与世界一流水平的差距，我们的观测网络不亚于世界强国。面对气象灾害，我国的一整套防灾减灾体系已达到世界一流水平。过去，我们说“抗台风”和“战争台风”。现在我们说“抗台风”。我们应该在台风到来之前撤退，科学地应对它。在同一场灾难中，人员伤亡和经济损失的程度正在逐渐降低。中国幅员辽阔，气象灾害较多，对灾害的认识和应对经验也较多。
气象学涉及广泛的知识。可以毫不夸张地说，它“从顶部了解天文学，从底部了解地理”。气象学不仅研究风和雨，而且从海洋到太空，涵盖由大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和冰圈组成的“五圈”。气象系统是一个开放的系统，它会受到各个方面的影响，无论是阳光还是海水的流动，都会影响气象变化。一只蝴蝶在亚马逊雨林中拍打翅膀可能会在德克萨斯州引发龙卷风——洛伦兹的“蝴蝶效应”，它描述了天气的敏感性。在气象学研究中，我们需要用物理学来解释大气和海洋的运动，用化学来理解物质的变化，用数学来计算和计算。学习气象学的人需要在数学系学习数学，在物理系学习物理。只有他们有很强的基础才能学习气象学。除了基础科学，气象学还需要最前沿的技术。无论是最强大的超级计算机还是最新的探测卫星，它都将首次应用于气象学。有人甚至说，气象的发展代表着一个国家的国力。