未来多少天的天气预报才靠谱?

以前,人们都是从电视上获得未来3~7天的天气信息,不过在这个信息爆炸的年代,人们获得天气预报信息的途径也越来越多。网络和手机应用软件中有着各种各样的天气预报产品,其中不乏号称能预报未来15天,甚至未来30天内天气状况的产品,让人眼花缭乱。

人们不禁要问,这些对很多天以后天气情况的预测能准确吗?以现在的天气预报水平,究竟能预报未来多少天的天气状况?

大气出了道“难题”

目前,全世界普遍采用数值天气预报技术来预测天气。科学家把大气当成一种流体来对待,通过建立大气的运动方程组,用“解方程”来预测未来的天气状况。

然而,大气运动的情况非常复杂。在数值天气预报技术中,得出预测结果所依据的方程组,是由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和三个运动方程构成的七元非线性方程组。要解这个方程组,计算量之大和运算过程之复杂,可以说达到了“恐怖”的程度。即使是世界上最先进的巨型计算机,面对这种计算也会“发怵”。

因此,在“解方程”的过程中,科学家不得不简化方程组——否则就无法计算。可是对相关参数进行取舍的过程,必然会影响天气预报的准确率。取舍过程越不恰当,天气预报的准确率就越低。

扇动飓风的蝴蝶翅膀

一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,就可以引起两星期以后美国得克萨斯州的一场龙卷风。

这就是美国气象学家爱德华·洛伦兹发现的“蝴蝶效应”,也是人类最早发现的“混沌现象”之一。洛伦兹发现,在某些情况下,误差会以指数级增长,一个微小的误差随着运动过程的不断推移,会造成巨大的后果。这在大气运动过程中表现为,即使各种误差和不确定因素的强度非常弱,也有可能积累起来,经过逐级放大,达到能左右大气运动的强度。

在理想的大气方程组之外,有无数只“蝴蝶”在扇动着翅膀。如城市热岛效应、工业排放所带来的温室效应,以及错综复杂的地形地貌因素,它们都会对天气的变化产生影响。植被、水体等因素也在时刻发生着微妙的变化,并可能会影响天气状况。然而,所有这一切都无法在模拟运算中进行详尽的描述。

很显然,当人们想预测未来很多天以后的天气时,相隔的时间越长,这些“翅膀”带来的影响就越大,预报的准确率也就越低。

观测资料不完善

要预测天气,首先要观测天气。

大家可能认为,我们现在拥有气象卫星、天气雷达、自动气象站等各种先进的气象观测设备和气象观测手段,观测天气应该不成问题。然而,事实却并非如此。

第一,高精度的气象观测目前还无法覆盖所有地区。举个例子,海洋、沙漠和高原地区的气象观测情况就不尽如人意。

第二,气象观测目前还无法做到“身临其境”。科学家进行气象观测时,都是从外部观测的,即使是使用气象卫星,也只能在距离目标气团几千米的地方进行拍摄并传回相关资料,而且传回的数据有时候也存在误差。比如台风,科学家目前主要还是通过外部观测来分析它的运行数据,很少能做到深入其内部来观测。

第三,大气层是一个三维空间,而我们的自动气象站大多数都位于地球表面,很难测出大气垂直方向的物理参量数据。

第四,现有的数据处理理论和方法也存在缺陷。

第五,观测结果会存在误差。

大气之中仍有许多未解之谜

大气科学是一门非常年轻的学科,基于现代科学基础的天气预报也只有100多年的历史。因此,人们对天气变化规律的认识,特别是对中期和长期气象过程的认识还很有限。

我们对天气变化的物理过程尚不能详尽了解,对天气状况的预报自然就很难做到准确无误。未来我们需要开展更多的科学研究,只有彻底了解大气运动的发生和发展机制,天气预报的准确率才能更上一个台阶。

天气“疑难杂症”

天气预报中也有难以“诊断”的“疑难杂症”。

不同天气现象的预报准确率是不同的。比如,高温、寒潮这些空间范围较大、时间尺度较长的天气现象,预报准确率就比较高。然而,有些天气现象发生得突然,而且具有很强的“局地性”特征,这种天气现象的预报就比较难,准确率也较低。例如强对流天气,也就是短时间内发生的冰雹、强降水、强雷电、大风、龙卷风等天气现象,它们的预报准确率就非常低。

另外,春季和夏季是让天气预报员比较头疼的季节。春季,冷暖空气交汇频繁,天气变化较难把握。春季也是对流天气开始发生的时段,因此天气预报的准确率较低。

夏季,大气中存在着巨大的不稳定能量。很多时候,明明上午还是晴天,午后却会迎来一场大雨。这是因为夏季午后很容易出现热对流天气,大气中积聚的能量就像一壶烧在炉子上的水,能量累积到一定程度后水就会沸腾。然而,我们却很难准确预测出具体哪里会先“冒泡”,所以夏季的天气预报中经常会出现“晴到多云,午后局部有雷阵雨”的说法。

还有一点值得注意,气象台发布的日常预报是对“数值预报”和预报员的“经验性预报”综合考量后的结果,是气象专家多次商讨后给出的结论。对短期和灾害性天气的预报,数值预报不见得比预报员的经验性预报更有优势。然而,对中长期(3~7天)天气现象的预报,尤其是对天气形势的预报,数值预报的准确率要远远高于预报员的主观判断。不过,当时效扩展到15天,甚至30天时,数值预报就很难有实际价值了。

如今,大部分网站或应用软件给出的天气预报都是数值计算的直接结果,准确率并不高。特别是那些15~30天的天气预报,几乎没有实际应用价值。

我们还是建议大家从气象局官方发布的消息中获取天气预报。

(作者:上海市公共气象服务中心)