天气预报为什么不能预报?
首先,气象学(Meteorology)是研究自然界空气中的云、雾、雨、雪、霜等物理现象的科学。我们人类目前能够准确预测的只能是在一定时间尺度下自然界的这些物理现象。而短期天气预测属于流体力学的范畴,它的基础理论就是大气运动规律(The Laws of Motion of the Atmosphere)。
尽管牛顿定律在微观领域有局限性,但在宏观上对真实的大气情况还是描述得相当准确的;而现代的数值模拟方法更是通过计算机把大气运动的现象重新演示了一遍,为我们提供了实时、动态的解释。 从科学的角度来看,用数学模型来模拟未来一段时间内的天气变化是可行的。
其次,气象学家已经掌握了一些设计良好的算法和编程框架,可以用现代的编程语言来实现这些算法,并通过大型计算机来模拟成百上千个运行中的大气系统,从而得到未来一段时间天气变化的细节。 举个例子,美国太平洋舰队的“鲍勃·迪克号” (USS Bob Dole) 上的风速和风向传感器每10分钟就可以提供一组新的数据,这组数据的格式可以很容易地用程序读取并输入到计算机中,然后再经过复杂的计算后输出一系列的等价参数,最后再用图形化界面显示出来。 这种及时性的特点使得短期天气预测变成了可能——“今天晚上是否会下雨”这样的咨询在几个小时后就能从计算机中得到答案。 但这里需要指出的是,这里的“报”是一种相对狭义的定义——它指的是收集大量历史数据并利用这些数据来训练一个数学模型,然后这个模型对新提交的历史数据进行预测,再把结果返回到用户手中。这个过程不是真正意义上的“报”,因为它只是对过去和现在情况的统计总结,并不能超前的预见事件的未来发生发展进程。 但人们总是渴望了解更远的时间段内的天气变化趋势,比如下个月是否一直阴雨绵绵或者总是阳光灿烂?明年这个时候会不会赶上拉尼娜事件而导致高温酷暑?这些问题都属于这一类,它们的回答需要更长的时间跨度,因此目前的科技水平还无法准确给出解答。