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天气预报是怎么做到精准预测的

2017-07-13 14:25:55       来源:中国科普博览 

最近北京持续高温,女朋友突然说,“好希望天气预报能报不准!”

“为啥啊?”我百思不得解。

“报不准嘛,比如,突然来一场雷雨降降温,或者,预报37摄氏度其实30摄氏度也行!”

我的女朋友,果然脑回路与众不同呢。不过我还是对她说,“这基本不可能。现代天气预报可是很准的。”

“虽然这么说,但在我的印象中,天气预报以前也报错过啊。”

“确实有报不准的情况,但是概率很小,而且这种情况会越来越少,不信你看。”

现代的天气预报是如何进行的?

要说现代天气预报有多准,可以先看看现代天气预报是怎么做的。

“东风不与周郎便,铜雀春深锁二乔”。自古以来,小到黎民百姓的生产生活,大到国家民族间的兵戎相见,都免不了受到当时天气的影响和制约。 古人对于天气的预测纯属来自千万年口耳相传的观测经验,偶然性相当大。近代以来,随着雷达技术,卫星技术以及计算机技术的进步,人类不光能从地面获知大气层的变化动态,更能从遥远的太空俯瞰广大的地表区域,实现对灾害性天气事件的预防和日常天气的预报。

现代的天气预报系统,主要分为地上气象观测站,地面气象雷达系统,高层大气气象观测,气象卫星以及数据解析中心等几种分工不同,各有侧重的观测网络体系。

地上气象站主要负责采集各地的气压、气温、湿度、风向、风速、降水量、积雪深度、日照时间、云量以及空气质量等气象数据。这些数据一方面用于与其他途径采集的大气活动信息进行汇总,以便进行实时天气预报,另一方面则形成数据库,作为长期研究气候变动的宝贵资料。

地面气象雷达系统通过建立在各地的雷达设施向所在空域云层发射厘米级波长的电磁波,来观测数百公里范围内云层中的凝结核、冰晶以及雨滴或雪花的形成情况。雷达获得的数据再与地面观测站的实测结果进行汇总分析,从而实现对雨雪天气的预报。

天气预报是怎么做到精准预测的

图1. 左:地上气象站, 右:地面气象雷达站

高层大气气象观测主要通过释放无线电探空仪和布置风廓线雷达实现。前者可以认为是地面气象站的高空版,可以实现收集约三十千米高空处气象数据的功能。后者可以认为是地面雨雪气象雷达的孪生兄弟,主要测量高空中的风速和风向等信息。

天气预报是怎么做到精准预测的

图2. 左: 风廓线雷达阵列, 右:无线电探空仪

天气预报是怎么做到精准预测的

图3. 雨雪气象雷达和风廓线雷达的工作原理

气象卫星位于这个由低到高层次分明的观测网络的最上方,主要负责监测大范围区域内的气象变化,特别是台风一类的灾害性气象事件。

此外,云层在数天内的变化趋势,大范围的海水温度分布,森林火灾的预警和监测,对于气象卫星来说都不过是略施身手,农业害虫的迁徙,火山活动的监测,海水潮位的异常变化也都难逃气象卫星法眼。

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