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[科普]天氣預報為什么越來越準,會受到那些影響?

02-03

天華中威小編帶大家了解一下,天氣預報為什么越來越準,會受到那些影響?

從很久很久很久以前,到很久以前,人類都認為神對天氣有使用權和支配權,渺小的自己,怎么能預測天氣呢?

一、觀測意識和儀器的出現

啟蒙運動帶來了理性之光。你手里有了錘子,那看啥都想敲一敲。你心中有了理性,那看啥都想測一測。

于是從15世紀到17世紀,歐洲人陸續(xù)開發(fā)了一系列的儀器,對溫度、濕度、風向、氣壓等天氣因素進行定量觀測。

溫度計和氣壓計

有了這些儀器,美第奇家族兩位熱愛科學的富二代,便把自己的豪宅進行了精裝修,形成了氣象觀測站點,后來又建立了遍布歐洲十個城市的氣象觀測網絡。

美第奇家族兩位熱愛科學的富二代

但有了觀測技術還是不夠,因為大家對天氣的描述實在太亂了。同一場雨,你覺得三月里的小雨淅淅瀝瀝下個不停,我覺得冷冷的冰雨在臉上胡亂地拍,那,就是跨服聊天。所以,為了給航海水手提供可參考的天氣數據,必須要有一套規(guī)范的體系。

二、給天氣情況定調

給天氣情況定調的雙雄,弗朗西斯·蒲福和盧克·霍華德橫空出世。

弗朗西斯·蒲福和盧克·霍華德
天氣圖1

有了這些工具,人類又往前邁了一步,把觀測的信息,制成天氣圖,記錄某一地區(qū)的天氣變化。

天氣圖

到了19世紀30年代,已經有人有意識去間隔一段時間就做一張?zhí)鞖鈭D,通過天氣圖的疊加,人類能明白天氣運動的軌跡?;诖?,一個大膽的想法,誕生了。

三、天氣預報的誕生

1837年,莫爾斯發(fā)明的電報機試驗成功,人類可通過電報,快速同步各地氣象資料,讓天氣預報的實現,有了技術支持。

可惜現實沒有這么順利,人類往往需要經歷沉痛的教訓,才開始想辦法解決問題。

1859年,滿載400多乘客和黃金“皇家憲章號”撞上了風暴,船毀人亡。

菲茨羅伊

菲茨羅伊所遵循的是這樣一個理論,氣壓表下降超過0.5英寸,溫度變動超過15華氏度,忽冷忽熱的天氣變化,都會顯示有劇烈的風暴發(fā)生。

英國的13個電報站點,會采集這些數據,在每天早9點通過電報發(fā)送給菲茨羅伊。他的團隊對實時的數據進行分析,編輯,發(fā)送給泰晤士報,再傳遞給大眾。

如果風暴突襲,預警會被傳遞到港口,根據風力和風向的不同,碼頭會懸掛不同的錐形組合體,作為信號,提醒船員。

預警裝置

可惜這樣一位氣象先驅,卻被眾多人批評不懂理論,預報不準。他受不了橫眉冷對千夫指,最后自殺身亡。根據后人統(tǒng)計,菲茨羅伊發(fā)布的氣象信息中,大約有75%是正確的。他建立的標準化預報流程更是人類的一大步。

四、天氣預報的進步

20世紀,突飛猛進的技術手段,讓人們在面對神秘莫測的天氣變化時,能打出更多的牌。

第一張牌,是探空氣球。

探空氣球

有了無線電技術的加持,人類便可以在野外,放飛裝了氣象儀器和無線電發(fā)射器的氣球。氣球升到高空,內部的儀器會記錄溫度、濕度等數據,并傳回地面,由此監(jiān)測高海拔地區(qū)的天氣。

如今,探空氣球仍是探測高空氣象的主要方式。

第二張牌,是氣象雷達。它向天空發(fā)射無線電波,電波碰到雨或冰雹,就會反射回不同的信號,根據這些信號,人類由此可以判斷目標是多大程度的“水貨”。

氣象雷達

第三張牌,是氣象衛(wèi)星。

氣象衛(wèi)星

繞地球南北兩級運轉的極軌衛(wèi)星,和盯著一部分地區(qū)的靜止衛(wèi)星,共同構成了氣象衛(wèi)星網絡。它們觀測地球和大氣層的可見光、紅外、微波輻射和電磁波信號,追蹤天氣變化。

五、一個現代化的氣象預報系統(tǒng)有多復雜呢?

根據2019年中國氣象局的部門預算,為了獲取充分的氣象信息,中國一共運轉著2425個國家級地面氣象觀測站、8174個國家級地面天氣站點、308個雷塔站、653個農業(yè)氣象觀測站、490個雷電觀測站等……此外,還有8顆氣象衛(wèi)星在軌運行。

而這些觀測設備采集到的數據,會進入超級計算機進行運算,可以模擬出3公里范圍內的天氣變化。而未來的天氣預報,可以精確到1000米之內。

天氣預報

2018年,我國的氣象預警信息,可通過廣播、電視、互聯網等手段,在10分鐘內覆蓋86.4%的公眾,從而減少氣象災害損失和死亡人員。通過迅速、廣泛的氣象預報系統(tǒng),我國氣象災害經濟損失占GDP的比重,從20世紀80年代的3%—6%,下降到近五年的0.4%—1%。

地球云圖

不過,在自然的不確定性面前,人類的系統(tǒng)是很脆弱的。

2020年,新冠肺炎在全球的蔓延擴散,為了控制疫情,各國紛紛減少了航班數量,3月底,全球已有近60家航空公司停飛了所有航班。

航空公司停飛

而這,也對天氣預報造成了負面影響。要知道,受地形和探測設備維護的限制,在高原、沙漠等人跡罕至的地方,很難部署氣象設備,就要靠民航飛機上安裝的氣象雷達采集數據,也就是“飛機報”。

飛機報每天可以對世界氣象組織提供70萬條以上的高質量數據,對降低預報誤差的貢獻,僅次于活動范圍最大的極軌衛(wèi)星。

現在,航班數量的大幅下降,導致了全球氣象預報的準確度降低?,F代社會的復雜,超過了一般人的想象。在這個復雜而脆弱的系統(tǒng)中,你永遠也不知道蝴蝶翅膀煽動一下,會在什么地方掀起什么樣的風暴。

參考文獻:

[1] 彼得·穆爾:《天氣預報——一部科學探險史》,廣西師范大學出版社,2019年版;

[2] Wikipedia:《Weather forecasting》;

[3] Britannica:《Weather forecasting - History of weather forecasting》;

[4] MacTutor History of Mathematics Archive:《Weather forecasting - MacTutor History of Mathematics》;

[5] 王素:《疫情之下,天氣預報也會受影響》,科學大院,2020年;

[6] 人民日報:《精測變幻風云 服務國計民生——寫在新中國氣象事業(yè)發(fā)展70周年之際》,2019年;

[7] 科普中國:《解惑:探空氣球是那樣》,2017年;

[8] 科普中國:《氣象雷達與氣象衛(wèi)星》,2018年;

[9] 中國氣象局:《中國氣象局2019年部門預算》,2019年。


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