天氣預(yù)報(bào)的偏差到底是哪來的

說好的晴空萬里，出門就被淋成落湯雞！

說好的漫漫初雪，結(jié)果只能在朋友圈眼睜睜看別人家的雪！

而天氣預(yù)報(bào)又能不能有完全準(zhǔn)確的一天呢？下面我們就來看看，天氣預(yù)報(bào)的偏差到底是哪來的。

1961年冬天，著名氣象學(xué)家愛德華·洛倫茨，用他的老爺計(jì)算機(jī)計(jì)算了兩次同樣的天氣預(yù)報(bào)，而中間數(shù)據(jù)分別用了0.506127和0.506，可結(jié)果卻讓他大跌眼鏡，這個(gè)遠(yuǎn)小于千分之一的差距，造成了兩次結(jié)果完全不同，一次說這一天將晴空萬里，可另一次卻預(yù)示著雷雨交加。隨后，他在進(jìn)一步的計(jì)算中發(fā)現(xiàn)，輸入的細(xì)微差異可能很快成為輸出的巨大差別。于是他提出了混沌理論，為了直觀表述這個(gè)名詞，他又提出了“蝴蝶效應(yīng)”——南美洲亞馬遜叢林里的一只蝴蝶撲騰一下翅膀，就可能引起美國德克薩斯的一場龍卷風(fēng)。它的本質(zhì)是指初始值的微小擾動(dòng)，能夠引起結(jié)果的極大變化。那蝴蝶效應(yīng)又是如何影響天氣預(yù)報(bào)的呢？這個(gè)大家天天見卻又不太了解的“蝴蝶效應(yīng)”到底又是怎么回事呢？

其實(shí)制作一次天氣預(yù)報(bào)無非就是兩步：第一，獲取大氣初始狀態(tài)，第二，利用方程計(jì)算結(jié)果。先看第一步，要想精確把握一個(gè)降雨云團(tuán)，就要知道他和他周圍所有大氣的狀態(tài)，意味著任何一支小蝴蝶都不能放過。而目前最基本的氣象觀測，依然是布點(diǎn)取樣的方法，我們認(rèn)為選擇的氣象站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)能夠代表他周圍一定范圍內(nèi)的大氣狀態(tài)，如今，全國的自動(dòng)氣象站無論數(shù)量、密度都是世界之最。但即便如此，也依然走不出“以點(diǎn)代面”、“大網(wǎng)撈小魚”的困境。

形象來說，我們用這種方式來觀測愛因斯坦的照片，觀測站點(diǎn)已經(jīng)很密集了，可是結(jié)果依然是不盡如人意。那如果我們用這樣一個(gè)觀測初始值再去預(yù)測誰是愛因斯坦，也必定是傻傻分不清楚。那講到這里大家可能會(huì)想，只要觀測完全精確不就好了嗎？那么，觀測到底能不能精確呢，現(xiàn)在的觀測手段除了地面氣象站還有衛(wèi)星、雷達(dá)等多種手段，可謂是海陸空全方位觀測。但是很遺憾，即便未來科技再發(fā)展，手段再提升，想要精確測量覆蓋地球，高度幾十公里的大氣，也基本上是不可能的。

那第一步精確觀測看來是做不到了。那現(xiàn)在我們看看第二步，這些觀測中漏網(wǎng)的小蝴蝶，是否能在計(jì)算中加以調(diào)整。

看一個(gè)臺(tái)風(fēng)的例子，2018年的臺(tái)風(fēng)“安比”是少有的影響到北京一次臺(tái)風(fēng)，在他的路徑預(yù)報(bào)中，我們給初始條件，添加50個(gè)不同的小擾動(dòng)，也就是放進(jìn)去50只小蝴蝶，讓他們扇翅膀(比如溫度加減0.1℃，風(fēng)速加減0.1m/s)。然后將這50個(gè)成員用同一種方法進(jìn)行5天的預(yù)報(bào)，結(jié)果十分發(fā)散，有的到了內(nèi)蒙古，而有的直接出國了。這是真正的「差之毫厘，失之千里」。

綜上不難看出，觀測中的小蝴蝶會(huì)對我們的預(yù)報(bào)產(chǎn)生不可估計(jì)的影響。這就是蝴蝶效應(yīng)對天氣預(yù)報(bào)造成的巨大影響。不過當(dāng)然了，造成天氣預(yù)報(bào)不準(zhǔn)的遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止蝴蝶效應(yīng)這一個(gè)原因，天氣預(yù)報(bào)永遠(yuǎn)也做不到100%的精確。但即便如此，我們的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率也依舊在不斷提升著。今天的氣象事業(yè)無論是從觀測手段、計(jì)算能力還是人員素質(zhì)等等方面都比以往任何時(shí)候更加先進(jìn)。

作者：沈越婷 北京市懷柔區(qū)氣象局

本文來自：中國數(shù)字科技館

原標(biāo)題：天氣預(yù)報(bào)中的“小蝴蝶”

標(biāo)簽： 天氣預(yù)報(bào) 蝴蝶效應(yīng) 愛因斯坦 晴空萬里 觀測手段