天氣預報方法的發展

劉 成，孫雪雷

中國人民解放軍91550部隊，遼寧 大連 116023

天氣預報的產生與發展與社會經濟的發展、科學進步、以及人們的生活需求密切相關，天氣預報產生到發展，是很多人努力與汗水的結晶，天氣預報方法在不斷趨于科學化、準確化。現如今天氣預報主要采用數值預報的方式進行預告天氣，具有較強的準確性與科學性，往往能較為準確的預測未來多天的天氣，給人們的生產生活提供便利的指導，及時降低了很多自然災害的破壞性。

1 天氣預報簡析

天氣預報，是以大氣為研究對象，對某一區域在未來一定時間段內大氣的運動狀況作出預測，一般情況下，天氣與氣候的預測都屬于天氣預報的范圍，天氣預報依據時間長短，可以劃分不同類型，在0小時-12小時內的天氣預報為短時預報，而1天-2天的預報則是短期天氣預報，半個月左右的天氣預報則是中期天氣預報，通常，我們所能聽到的是短期或中期的天氣預報，短時預報則較少。天氣自古以來就是人們關注的事物，一些氣象諺語與農業經濟有著密切的聯系，隨著水銀氣壓計的發明，真正科學的天氣預報時代才剛剛拉開序幕，漫長的氣象預報發展至今，已形成四個可以清晰辨明的發展階段:民間技藝，單站預報，天氣圖預報，數值預報。下文將對這四種天氣預報方法作詳細說明，以了解天氣預報方法的發展歷程。

2 天氣預報方法的發展綜議

2.1 民間技藝

很多國家都有關于氣象的研究，尤其是一些歷史悠久的文明古國，其天氣預報方法的發展歷史也很悠久，我國古人很早就關注氣象方面的知識，早在殷代的時候，甲骨卜辭上便有天氣預報的相關記載。在國外，像那些歷史久遠的古國，如巴比倫、古希臘，較早時也有關于天氣方面的記載，巴比倫有很多關于氣象的諺語，而古希臘著名學者亞里士多德對前人或以前的氣象方面的知識進行總結歸納，作成一部世界上最早的氣象方面的書籍，名為《氣象匯論》，氣象諺語凝結著無數人的生活經驗與切身體驗，很多諺語都包含著眾多有用的信息，也有很多諺語是科學的，在沒有廣播、電視觀看天氣預報的年代，農民往往依據氣象諺語有效地安排農時，其對農業生產有重要的指導作用，但由于科學技術的落后與人們認識的局限性，很多諺語只是事物的表面觀察，沒能全面認識大氣的運動狀況并給與科學的解釋，局限性明顯。因此，以此作為預報天氣的依據，不準確性顯而易見，很多人因無法解釋一些天氣狀況，而將天氣蒙上迷信的色彩。早期天氣預報的種種局限性帶來天氣預報方式變革，促成能得到準確天氣數據的測量工具的發明與使用。

2.2 單站預報

隨著科技的進步，單站預報在民間技藝之后又成了天氣預報的一種方式，所謂單站預報，即以一個站點氣象要素的演變為依據，這些氣象要素包括溫度、濕地、地面氣壓等要素，單站預報是在很小的范圍內進行天氣預測，雖然準確率不高，但相比傳統的以經驗進行天氣預報的民間技藝，已有了很大的進步。這種進步是科技革命的成果，是很多科學家共同的努力，意大利天文學家伽利略發明了空氣溫度表，托里拆利發明了氣壓表，各種測量儀器的發明，使得風速、氣壓等要素實現測量，這些能對氣象要素進行測量的儀器的發明是氣象發展史的一次飛躍，氣象學理論的逐步建立，信風、大氣環流理論的產生發展都為天氣預報的準確性與科學性奠定較為堅實的理論基礎，但由于通訊系統的局限性，及科學技術的發展程度較低，單站預報僅僅停留在一站之地，預報有坐井觀天之感，不能對站點以外的天氣進行預報，雖然單站預報在天氣預測方面已有了一定的準確性，但是其局限性又促成了新一輪天氣預報方法的更新與發展。

2.3 天氣圖預報探析

2.3.1 天氣圖預報的背景與預報過程

天氣圖預報在氣象預報與氣象科學史上具有劃時代的意義，天氣圖預報需要掌握大氣運動的規律，需要獲取大量由地面到高空的氣象方面的數據與信息，并將不同地點的氣象要素進行有機地聯合，這使氣象觀測在單站預報的基礎上有質的突破。在一戰的時代背景下，惡劣天氣的突然來襲重創了英法聯軍，一些有識之士意識到這些災難在對氣象資料進行研究，作出氣象圖進行天氣預報后是可以避免的，氣象圖以各種符號標注天氣系統，按一定的標準劃分，可將氣象圖歸為三類，即地面氣象圖、高空氣象圖、輔助氣象圖，具體定制天氣系統的過程有兩步，第一步，對大氣形式進行預報，由于大氣在一定時間段間隔中，兩個點有連續性的特點，因此，就可推斷出未來天氣系統的位置與強度，由同一時刻地面與天空的配合，了解與規劃天氣系統的空間結構，利用動力氣象學與天文學的有關概念，對未來幾天的天氣狀況進行推測。第二步，在天氣形式預報之后，結合當地的氣象要素的具體數據做出天氣預報，從天氣形式預報到天氣預報不是一蹴而就的過程，需要的是預報員多年的預報經驗，加上檔案中的相似天氣的例子，天氣圖預報對于短期天氣形勢變化不大時比較有效，突發的天氣狀況發生時，預報員往往由于來不及做出判斷，對天氣錯誤報道，決定天氣的因素很多，在科技沒能足夠發達的情況下，做出準確的預報也十分困難。

2.3.2 天氣預測方法

天氣與短期氣候的預測一般采用統計學方法，統計學方法是一種行之有效的預測天氣的方法，數理統計學的發展更為氣候預測提供了好的條件，統計學方法通過對各種數列的統計歸納，了解與發現規律，進而預測未來的天氣狀況，統計學方法容易忽略事物背后某些相關的重要因素，降低了準確率。這是統計學方法需要改進與突破的地方。

2.4 數值預報探議

2.4.1 數值預報模式

大氣運動遵循著特定的物理定律，利用數學方法進行演算推論，計算出未來一段時間的大氣運動狀況，是目前所能進行天氣預報的最為準確且有效的方法。通常所說的數值預報模式是建立在V.Bjerknes的工作與研究的結果之上的，他給出了描述大氣運動的方程組，該方程組設七個變量，分別是緯向風速、垂直風速、經向風速、溫度、密度、比濕、氣壓，由于求解十分困難，方程組的精確值未計算出來，但利用數值計算方法，讓計算機可求解，得出了其數值解，由于計算量極大，在當時，利用計算機求解也需要很長時間，很多近代國內外科學家都為此做了很多嘗試，在20世紀初期，英國數學家用數值方法計算天氣變化，用手搖計算機搖了幾個月，由于過程極為復雜，技術的落后，最終以失敗告終，之后，一些研究者在吸取前人經驗的基礎之上，不斷的實踐，加上科學技術的進步，數值預報在天氣預報中的作用也越來越大，世界上最先進的數值預報業務體系能對世界范圍內7天-9天的天氣狀況進行有效預測。其準確性也達到了讓很多人吃驚的程度，在未來的不斷改進與發展之下，天氣預報所能預報的天數也會越來越長。

2.4.2 數值預測的發展，以ENSO現象為例

ENSO是厄爾尼諾-南方濤動的英文縮寫，是全球氣候變化的重要信號，在1986年，Game與Zebiak設計的海氣耦合模式成功兩次預測了厄爾尼諾現象，增強了天氣研究界的信心，很多氣象工作者都潛心研究，使ENSO的研究與數值預測的研究有了很大進步，天氣預測的準確性雖然受很多不確定因素的制約，但以ENSO為例，數值預報方式有效且科學，能促進天氣預測精度的提高，相信在眾多科學家不斷潛心研究與技術發展之下，天氣預報的精度也會不斷提升，對很多典型氣象的預測結果也會更加準確。

3 結輪

天氣預報經過漫長的人類發展史，已形成了一整套的發展體系，歷經民間技藝、單站預報、天氣圖預報、數值預報的發展史，預報的精度逐步提高，為人們的生活生產活動提供了重要的指導作用，但天氣預報受很多不確定因素的影響，仍會有很多沒能及時預料的天氣現象的出現。在科學技術飛躍發展的今天，加上很多科研工作者不斷地潛心研究，未來的天氣預報也會更加準確，預報方式也會更加先進。

[1]杜鈞，陳靜.單一值預報向概率預報轉變的基礎，談談集合預報及其帶來的變革[J].氣象，2010，36(11):1-11.

[2]單一值預報向概率預報轉變的基礎，談談概率預報的檢驗與應用[J].氣象，2010，36(12) 10-18.

[3]周秀驥，吳國雄，鄭國光，等.中國氣象科學技術發展戰略研究[J].地球科學進展，2005，20(3):261-267.