科普|天气预报：求解风云变幻的方程式

【字体：大 中 小】 2023-02-14 17:42:34   来源： 学习强国  

数值天气预报的“前世今生”

中国古典名著《三国演义》中赤壁之战“借东风”的情节被人们所熟知：蜀汉丞相诸葛亮通过观测，结合史书对长江流域天气变化的记载，预测出东风的到来。

虽然历史上诸葛亮并没有参与赤壁之战，也没有呼风唤雨之能，指挥赤壁之战的人是东吴名将周瑜。但从这个故事中，我们可以了解到，古人有通过生活经验来判断天气的经历。

随着世界第一张天气图的诞生，天气预报开始变为应用科学。而后，气象观测站点数量以及天气图覆盖面的增加、卫星遥感技术的应用，形成了各种类型资料之间的对比、分类、聚类和规律，这使得基于天气图的预报准确率逐步提升。

后来，伴随计算机技术的飞速发展，美国科学家首次使用计算机制作出以大气动力学为基础的数值天气预报。从此，数值天气预报逐步成为天气预报的主要方法，并在全球天气监测网络和庞大的超级计算机系统支持下，预报准确率和预报时效大幅提升。

什么是数值天气预报

那么，什么是数值天气预报呢？简单来说，它是一种用高性能计算机把未来天气“算”出来的科学。天气预报员们预报天气就像在用计算机解一道非常复杂的数学题。因此，天气预报与数学密不可分。

因为大气运动总是遵循一定的规律，将这些规律编写成一系列数学方程组，其中包括运动方程、热力学方程、连续方程、状态方程及水汽方程等，再利用高性能计算机求取这些方程组的近似数值解，得到未来天气发展变化状况，就是数值天气预报。

实践中使用的数学方程组非常复杂，因为大气变化复杂多样，除了大气层，还受海洋、陆地表面状况等多重因素的影响，数值天气预报中，要对所有这些因素进行精确的模拟。

中国数值天气预报研究始于1954年，是国际上较早开展数值天气预报的国家之一。2021年9月30日，中国气象局地球系统数值预报中心成立，求解风云变幻的方程式（数值天气预报）将在天气气候预报预测、气象灾害监测预警方面发挥更加重要的作用！

天气预报是怎么做出来的

第一步：进行气象观测，即利用气象卫星、探空气球、自动气象站，得到降雨、气温、气象、风向、风速等基础数据。

第二步：将观测数据输入数学方程组中，通过大型计算机进行运算，得到各种预报数据。

第三步：天气预报员通过对这些数据进行综合分析，绘制天气图，结合当地天气预报学经验，做出具体的天气预报。

世界第一张天气图的诞生

天气图是指填有各地同一时间气象要素的特制地图，是预报天气的重要依据。

世界上第一张天气图诞生于1854年11月14日，由巴黎天文台台长勒维烈制作。

当时，英法联军与沙皇俄国激战正酣（即历史上的克里米亚战争），打算在黑海地区登陆的英法联军却突遇海上风暴，几乎全军覆灭。勒维烈为研究这次风暴的原因，向各国气象学家征集风暴发生前后的气象报告，把同一时间各地的气象情况填在一张图上。世界上第一张天气图就此诞生。

天气图如同特制的照片，保留着各地不同时间、不同高度的天气情况“影像”。天气预报员能够由此判明当前天气系统的分布及其结构，判明天气系统与具体天气的联系，以及最近的演变情况。（文/王婉 中国气象局气象宣传与科普中心）

编辑：郑琳

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