天气预报的前世今生
作者：岳盈
来源：《科学与财富》2018年第23期
        摘要：本文从古代天气预报情况谈起，简述了现代主要使用的三种天气预报方法：天气学预报方法、动力学预报方法和统计学预报方法，以及基于它们的模式输出统计预报方法。最后分析了精确预报天气的不可能性。
        关键词：天气预报；数值预报；MOS法；可预报性
        古往今来，天气对人类活动有着重要的影响。小到影响人们的穿戴，农民的收成，大到影响导弹、航天飞机的发射。于是，天气预报从古至今都是一项不可或缺的工作。
        据史书记载，我国在南宋时期就有天象管理机构“太史局”，它通过观测风、云、雷、露、霜等气象现象进行天气预报。[1]在科技并不发达的古代，人们主要靠经验进行天气预报，于是流传下来很多谚语，其中好些精华在今天仍被使用，比如"天上钩钩云，地下雨淋淋"，"朝霞不出门，晚霞行千里"等。这些经验大都可以用今天简单的气象学知识来解释，但我们仍可以从中看出先民的智慧。
        随着社会的发展和科技的进步，我们已经不需要靠经验来预报天气了。现在被普遍使用的天气预报方法主要有三种。
        第一种是天气学预报方法，它以天气图为主要工具，用天气学的原理来分析，主要用于短期预报。虽然它现在已经属于一种比较古老的方法，但它的发现是天气预报史上的第一次跃进，包含了许多重要的理论，其中就有著名“罗斯贝波”。它在高空天气图上就是那些“槽来脊去”的环流演变。预报员依此可以定性预报天气的变化。[2]
        报方法。它利用大型计算机求解大气动力学方程组来预报天气，这种方法最大优点是客观化和定量化。预报所用的大气动力学方程组，是由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程（见大气动力方程）所构成的方程组。方程组中，含有7个预报量（速度沿x，y，z三个方向的分量u，v，w和温度T，气压p，空气密度ρ以及比湿q）和7个预报方程。[3]但是计算机容量和速度有限，于是需要对预报方程组适当简化，然而大气运动却异常复杂，简化方程组的预报结果与实际情况往往有一些差距，不会预报的十分精确。但是随着计算机技术的飞速发展，全世界已有30多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常天气预报的主要方法，其中不少国家和地区除制作1～2天的短期数值天气预报外，还制作一个星期左右的中期数值天气预报。
        第三种是统计学预报方法。这种方法通过对历史天气资料进行统计分析，建立天气变化的统计学模型来预报天气。统计预报以概率论为理论基础，认为天气变化是一种随机过程。因而统计预报的结论是出现某种天气的可能性或概率，这属于非确定性预报，与数值预报法有本质区别。[4]
        近年来，把统计预报法与数值预报法相结合做出天气预报，取得了较好效果。这种方法称为模式输出统计预报，简称MOS法。建立MOS预报主要步骤有：（1）建立历史资料库，包括预报量和数值预报产品两部分。（2）用数值预报资料等计算预报因子。（3）将预报因子与预报量进行相关检验，挑选出相关度高的因子。（4）将初选过的预报因子与预报量进行逐步回归，建立预报方程。（5）用历史资料进行回代检验。[5]各个地区都有自己做的模式，比如EC（欧洲中心）、NCEP（美国）、日本、德国，当然还有我国综合各种模式创新开发出的自己的模式。
        正当高速计算机飞速发展，模式分析越来越完善，天气预报的准确率也越来越高时，另一个问题也悄悄显露出来，人类能否完全精确地预报天气呢？对这一个问题，Lorenz用“混沌动力学”给出了否定的答案。大气系统是一个极其复杂的非线性系统，对各种误差极其敏感，其中的混沌现象直接限制了天气的可预报性。
        虽然精确预报天气是无法实现的，但是人们追求越来越精确天气预报的梦想却不会停止。天气预报经过漫长的发展，从口耳相传的经验、天气图，到数值预报、模式预报方法，预报的精度逐步提高，为人类的生产生活提供了重要的指导。在科学技术飞速发展的今天，在许许多多科研工作者不断地努力下，相信未来的天气预报会更加准确，预报的方式也会更加先进。
        参考文献：
        [1]气象知识，2016（3）.
        [2]杜钧，钱维宏.天气预报的三次跃进[J].气象科技进展，2014，4（06）：13-26.
        [3]段晚锁，丁瑞强，周菲凡.数值天气预报和气候预测可预报性研究的若干动力学方法[J].气候与环境研究，2013，360天气18（04）：524-538.
        [4]刘成，孙雪雷.天气预报方法的发展[J].科技传播，2012（12）：80-81.
        [5]叶燕华，王平鲁，孙兰东.用MOS法建立预报方程的试验流程[J].甘肃气象，2002（01）：13-15.