天气预报15天

　　数值天气预报方法，即天气预报的动力学方法，它是用大型电子计箅机对大气的运动进行推箅。逮是一种客观、定 量、髙度自动化的方法，是今天最现代化的天气预报手段。 可是，在半个多世纪以前，它被认为是一种失败。

　　二十世纪早期，皮叶克尼斯曾经把气象预报问题表 达为数学问题。但是，他没有作过数值预报的尝试。英国年 轻的气象工作者理查生，第一个用数学运箅的方法,来做天气预报。为此，他研究了计箅大气运动的理论和方法，研究了大气中存在的大大小小的各种运动过程，并想法用数学方法 来加以描绘，以便通过数学运算，来达到数值预报的目的。

　　正当理查生的研究工作取得可喜进展的时候，第一次世界大战爆发了。他被征召入伍，渡海开赴欧洲大陆的战场。 理查生不忍中断已见成效的研究工作，便带着一些必要的资料踏上征途。作为一名下级军官，常要出入于硝烟弥漫的战 场。闲余时间是不多的，也难得有安静的环境。但他终于在一九一六年五月，在战场上完成了数值预报的理论研究 工作，包括一系列数学方程的推导，并写成了论文的初稿。

　　就在这个时候，法军与德军在法国的香梹进行了一场激战。当时理査生正在香梹。这次有名的香梹战役，打得十分 激烈，德军曾两次施放毒气进行攻击。在混战中，理查生心 爱的手稿和资料全部丢失了。

　　但是，他没有灰心。两年后，战争结束了，理查生重新 进行研究，到一九二二年，完成了《用数学计箅的方法作天 气预报》一书，并首次作出了数值预报。可是，当预报结论作出来时，出了笑话。失败原因在于，观测资料和所作的计算没有足够的精确度，同时计箅量浩繁。如果较正确的来计算，要用六万四千人来工作，才可能追得上天气的变化。实 际上是不可能这样做的。虽然理查生提出的理论、公式、定律、摸式，在今天看来还是正确的，但在当时的条件下，根 本不可能付诸实行。因此，他的研究被认为是一种失败。

　　几十年的时间过去了。电子计箅机的出现使情况发生了根本性的变化，当初气象学家们不敢想的事情，现在可以动手去做了。从五十年代以来，计箅技术发展很快，现在“第四代”电子计箅机，每秒钟可以运箅一亿次以上。

　　于是，从五十年代起，人们想起了理查生的工作，又把数值预报搞起来了。最早是一九五〇年，查尼、菲耶托夫 特、冯纽曼等人，用计算机作出了预报。那时，用的是简单的正压模式。所谓正压模式，就是在计算气压形势变化 时，不考虑温度场对气压场的影响。这样的数学模式，当然 是不全面的。但这已经使数值预报成为可能的事了。

　　随着大型电子计算机的发展，数值预报方法也不断改进，并在各国风行起来。据统计，一九七五年开展这项工作的只有二十多个国家，两年后就增加到四十多个。这使人想 起十九世纪中叶，天气图方法风行一时的情景。

　　数值预拫的关键，在于理论和模式。由于环境条件的多样性，要客观地反映天气过程的实际，就必然要使计箅复杂化。现在各国使用的数值预报方法很多，但归纳起来大致有两种类型，一类是采用原始方程，另一类是采用过滤模式。 总的来说，单靠机器计算，预报准确率总是裹足不前，所以近几年来又发展出人机结合的方法。

　　过滤模式，就是根据涡度方程来作计算。涡度方程是运动方程经过改变的一种形式。在运动方程里，气压梯度力和地转偏向力这两项，在数值上至少要比惯性力这一项大一个数量级(十倍〉，由于观测误差和其它原因，对惯性力这一项很难准确推算。而在涡度方程中则没有这些麻烦，气压 梯度项已经消去了，比较便于计算了。这种方法，假定大气 的运动是近似的地转风，把大气中的重力波、声波等短期波 动过滤掉了，所以叫过滤模式。所谓地转风，就是气压梯度 力与地转偏向力相平衡的风。满足这种条件的运动，大气中的辐合辐散就不存在了。而实际大气运动中，非地转过程是不可忽视的。涡度方程中的散度项对此有所弥补，但它的假定以及过滤掉的因素，总是影响计箅精度的。由于过滤模式比较简化，一般大型电子计算机都可以进行这种计算，所以目前较普遍采用的都是这一类方法。

　　原始方程是未经改变的运动方程。理查生最早用的就是这种方程。在他的计算方法的基础上，引进了一些物理过 程，如辐射、湍流、凝结等的影响;描述了所有可能的运 动，如重力波、声波等尺度过小和难以计箅的运动。在二十 年代不可想象的计算量，今天可以实现了。但这种方法需要特快的计箅机，所以只有不多的国家在进行试验。如美国， 是用每秒钟运箅近亿次的第四代电子计算机来做这项工作。

　　应该说，数值预报使用的计箅工具是很先进的，但它所依据的理论基础，和半个世纪以前相比却没有根本性的创新。因此，计箅层次从三层、六层、十层甚至发展到二十层，但预报效果的提高却相当有限。往往有这种情况，倒是把计算过程中的一些中间结果，供给预报员分析考虑，还能取得更好的效果。所以，产生出了人机结合的方法。近年来， 国外也注意到，气象史上两项重大技术突破气象卫星和数值预报，并未使天气预报准确率带来所预期的提高。由于新技术釆用的结果，年轻预报员没有接受或很少接受严格的 天气分折方面的训练;同时，有经验的预报员由于不常使用 已有的经验，从而逐渐失去已有的知识。“气象癌症”在气 象业务中滋长了，以致引起拉梅奇、奧古利斯等人惊呼“还 我分析! ” “人仍然是重要的……”⑴这些情况是不是可以说明，在理论上没有进一步的突破之前，即天气学没能向理论的科学跨出新的步伐之前，再先进的手段也不能使天气预报有明显的进展。就象上个世纪后半叶，天气图是经历了从乐观到悲观的情绪变化，尔后才认识到自身发展的条件。

　　现在数值预报在向两个方向努力，一是组织高密度的测站网，抓中小尺度天气系统，以便做出准确的灾害性天气预报。二是搞全球或半球的大范围模式，以便延长预报时效和提高预报准确率。