天氣預報：求解風云變幻的方程式

王婉

數值天氣預報的“前世今生”

中國古典名著《三國演義》中赤壁之戰“借東風”的情節被人們所熟知：蜀漢丞相諸葛亮通過觀測，結合史書對長江流域天氣變化的記載，預測出東風的到來。

雖然歷史上諸葛亮并沒有參與赤壁之戰，也沒有呼風喚雨之能，指揮赤壁之戰的人是東吳名將周瑜。但從這個故事中，我們可以了解到，古人有通過生活經驗來判斷天氣的經歷。

隨著世界第一張天氣圖的誕生，天氣預報開始變為應用科學。而后，氣象觀測站點數量以及天氣圖覆蓋面的增加、衛星遙感技術的應用，形成了各種類型資料之間的對比、分類、聚類和規律，這使得基于天氣圖的預報準確率逐步提升。

后來，伴隨計算機技術的飛速發展，美國科學家首次使用計算機制作出以大氣動力學為基礎的數值天氣預報。從此，數值天氣預報逐步成為天氣預報的主要方法，并在全球天氣監測網絡和龐大的超級計算機系統支持下，預報準確率和預報時效大幅提升。

什么是數值天氣預報

那么，什么是數值天氣預報呢？簡單來說，它是一種用高性能計算機把未來天氣“算”出來的科學。天氣預報員們預報天氣就像在用計算機解一道非常復雜的數學題。因此，天氣預報與數學密不可分。

因為大氣運動總是遵循一定的規律，將這些規律編寫成一系列數學方程組，其中包括運動方程、熱力學方程、連續方程、狀態方程及水汽方程等，再利用高性能計算機求取這些方程組的近似數值解，得到未來天氣發展變化狀況，就是數值天氣預報。

實踐中使用的數學方程組非常復雜，因為大氣變化復雜多樣，除了大氣層，還受海洋、陸地表面狀況等多重因素的影響，數值天氣預報中，要對所有這些因素進行精確的模擬。

中國數值天氣預報研究始于1954年，是國際上較早開展數值天氣預報的國家之一。2021 年9月30日，中國氣象局地球系統數值預報中心成立，求解風云變幻的方程式（數值天氣預報）將在天氣氣候預報預測、氣象災害監測預警方面發揮更加重要的作用！

（責任編輯 / 高琳 美術編輯 / 周游）

知識鏈接 天氣預報是怎么做出來的

第一步：進行氣象觀測，即利用氣象衛星、探空氣球、自動氣象站，得到降雨、氣溫、氣象、風向、風速等基礎數據。

第二步：將觀測數據輸入數學方程組中，通過大型計算機進行運算，得到各種預報數據。

第三步：天氣預報員通過對這些數據進行綜合分析，繪制天氣圖，結合當地天氣預報學經驗，做出具體的天氣預報。

知識拓展 世界第一張天氣圖的誕生

天氣圖是指填有各地同一時間氣象要素的特制地圖，是預報天氣的重要依據。

世界上第一張天氣圖誕生于1854年11月14日，由巴黎天文臺臺長勒維烈制作。

當時，英法聯軍與沙皇俄國激戰正酣（即歷史上的克里米亞戰爭），打算在黑海地區登陸的英法聯軍卻突遇海上風暴，幾乎全軍覆滅。勒維烈為研究這次風暴的原因，向各國氣象學家征集風暴發生前后的氣象報告，把同一時間各地的氣象情況填在一張圖上。世界上第一張天氣圖就此誕生。

天氣圖如同特制的照片，保留著各地不同時間、不同高度的天氣情況“影像”。天氣預報員能夠由此判明當前天氣系統的分布及其結構，判明天氣系統與具體天氣的聯系，以及最近的演變情況。