人們對天氣現象的研究已經有很長的歷史了，但是風雲變幻的天氣如同嬌羞而又狡黠的少女，人們至今還是難以完全讀懂「她」的心跡。前不久美國紐約等地居民在轟鳴的除雪機聲中醒來時，發現預報的「史上最大暴風雪」並未如「約」出現。為此，美國新澤西、費城等地多位氣象專家為這次暴風雪天氣的預報錯誤公開道歉。說好的風霜雨雪為何屢有「爽約」？我們如何與天氣對話，探尋這位「天氣少女」的心意？制約天氣預報準確率的瓶頸在哪裡？
探秘天氣的「水晶球」： 數值模式如何 看現在算未來
當清晨的第一縷陽光撒向大地，在我國2000多個氣象觀測臺站，觀測員已經來到觀測場，他們觀雲測天，記錄下當時的日照、雲量、冰凍以及天氣現象，這些觀測數據從早8點到晚8點以每三個小時一次的頻率發報。與此同時，上萬個自動氣象站正高速運轉，不停地將監測到的溫度、溼度、風力、風向等數據傳遞到數據處理中心。上百個高空氣象站上空太空氣球載著各種探測儀器冉冉升起，一會兒向東飄，一會兒向西去，地面雷達則追著這些氣球跑，實時監測不同高度的溫度、氣壓、風向情況。
無論是雪域高原，還是沙漠地帶，這樣的情景每天都在上演。氣象觀測臺站遍布東南西北，從地面、海洋到萬米高空，每天都有大量的數據準時上傳，全方位、多層次地觀測大氣變化。任憑天地如何風雲變幻、鬥轉星移，全世界所有的氣象觀測站每天都在固定的時間同時對大氣進行觀測，這些觀測數據迅速通過高速計算機通信網絡傳遞匯集，成為數值天氣預報的初值條件。
「通過巨型計算機進行數值計算，再用流體力學和熱力學的方程組進行求解，進而預測未來一定時段的大氣運動狀態，這就是當今時興的數值天氣預報。」中央氣象臺預報員唐健說。
觀測員搜集上來的是當下的數據，預報員預報的是未來的天氣，數值預報的方法憑什麼通過現在可以預知未來？
「如果種下一棵樹，通過觀察得知它每天長5釐米，那麼就能知道十天以後這棵樹會長多高。大氣運動也是如此，我們之所以能做預報，就是因為有一個閉合的大氣運動方程組，這個方程組的係數更複雜，如果知道現在的溫度、壓力、風速等，換算到大氣的方程組中，就可以通過時間的推移知道未來的天氣狀況。」唐健說。
在這種模式下，全球被劃出一個個網格，有的網格很密，可以達到50公裡乘以50公裡，有的則是100公裡乘以100公裡。他們共同構成一張漁網兜住了地球，每一個網格點就是數值預報模式計算的一個點。分布在網格中間的觀測臺站通過數學方法把觀測到的數據插值在這些網格點上，通過計算得出數值預報的產品。
沒有這張漁網之前，人們通過觀察天象、尋找規律，有了諸多預測天氣的經驗，後來人們更多運用的是根據天氣學原理和經驗，利用天氣圖推算的預報方法，但是這些方法誤差較大。直到有了這張漁網，天氣預報才有了更為科學有效的預報手段。
數值預報方法的建立雖然只有幾十年時間，但是隨著計算機的普及和數值預報手段的改進，數值預報在使用過程中的優勢日益凸顯。中央氣象臺首席預報員馬學款說：「數值預報短時效的預報不見得比預報員的主觀判斷有明顯優勢，但較長時效的預報，尤其是對天氣形勢的預報，準確率遠遠好於預報員主觀推理。」
扇動起颶風的蝴蝶翅膀：天氣預報 因何會「看走眼」
把數值代入公式，在計算機裡算一算，就能得出未來天氣嗎？就像把玉米放入爆炒機，在裡面攪一攪，就會得到你想要的爆米花？當然沒有這麼簡單。事實上，計算機算出來的數值是不能直接用的。
「計算機給出的答案有誤差，它只能是一個無限接近的可能，而不是一個確定的解。」唐健說。
答案的誤差從何而來呢？原因之一是作為初值的觀測數據可能不準，哪怕是0.1的誤差放到方程組中，隨著時間的推移會無限的放大，導致最後跟實際相偏離。
正如一隻在南美洲亞馬遜河流域熱帶雨林中的蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可以在兩周以後引起美國德克薩斯州的一場龍捲風。「大氣運動本身是複雜多變的，當人們從大氣運動的初始狀態出發計算未來大氣狀況時，初始狀態微小差異會使後來的演變結果大相逕庭。這種現象可以稱之為大氣的內在隨機性。」 中國科學院氣象專家曾經這樣作出解釋，內在隨機性使得人們對於未來大氣運動的描述不可能做到精雕細刻。
除了自身的隨機性，大氣運動受到各種因素的外在幹擾，如城市熱島、溫室效應以及錯綜複雜的地形地貌特徵。這些都是影響大氣運動的外在隨機性，成為「無數扇動的蝴蝶翅膀」。中科院大氣物理研究所研究員周家斌曾經在接受媒體採訪時介紹：「開始是失之毫釐，後面就是差之千裡。內在和外在隨機性同時影響預報的精度，當然預報的難度就增大了很多。」
造成答案誤差的另一個原因是用於計算的方程組本身有缺陷。「計算機去求解的時候，在數學分析過程中會使用一些近似，這個時候可能引入誤差，這種系統誤差和初始的觀測誤差會使得最後的結果偏離它應有的真值。」唐健說。因此，計算機出來的數據是需要進行進一步分析和訂正的。
在中央氣象臺，天氣預報員每天都在做這樣的工作。擺在他們面前的是各式各樣的天氣圖和國內外數值預報產品，預報員每天都要研究大量的天氣圖表，結合氣象衛星、雷達探測資料，進行綜合分析、判斷，作出未來不同時間段的具體天氣預報。
「數值模式中進行計算的一個網格可能有幾十公裡，這幾十公裡都是用一個值來表示，但是這幾十公裡內海陸狀況不一、地形複雜多變，一個值是無法呈現更多細節的。就像一張照片的像素一定，如果就某一點無限放大會發現這個點是模糊的，沒有更多細節。這時候就需要人為修補。預報員的分析和訂正就是在把數值模式這個"大照片"修補出更清晰的細節。」唐健說。
「具體而言，河北省石家莊一帶西邊靠近太行山，那西風吹過來就會發生沉降增溫，但在數值預報模式中，一些類似於地形等的信息依然難以充分表達，因此數值模式對地形條件下的預報是有欠缺的，這時候預報員就會在模式預報的結果上進行訂正，將山上的溫度數值調低一些，更貼合當地的實際狀況。這方面，天氣預報員的經驗大有可為。」唐健說。
當然，由於影響天氣的原因很多，很複雜，預報員也需要集思廣益，進行討論，像醫生給病人會診一樣，進行天氣會商。「有時候對著同樣一個區域的天氣數據分析，預報員也會得出不同的結論。這個說風場輻合條件好，利於水汽匯集抬升，因此會有降雨，那個說降水條件不足，不能形成降水。常常發生很激烈的討論。」唐健說。
儘管每次天氣預報之前都經過了充分會商，但這只能保證天氣預報儘量準確。氣象專家表示，在天氣預報中，人的分析判斷畢竟會帶有主觀性，但天氣預報又離不開這種主觀判定，這也是影響預報不準的原因之一。
「常見病」遇上「疑難雜症」： 何不讓「抱怨」 先飛一會兒
把天氣報準是每個預報員的心願，因此檢驗自己報得準不準成為預報員的通病。「有的預報員預報了第二天傍晚有雨，下午就會搬個小馬扎到窗臺上等雨來，有時候預報夜間有雪，不等雪下來預報員就睡不著。」唐健說。
對於天氣預報員而言，每次預報都像是高考。高考考生最多考3天，考完可以放鬆；但預報員每天都在高考，在天氣平穩時他們考不了滿分，在天氣複雜時他們更擔心考不及格。但是他們還是要面對全國人民，包括各級政府、各個行業和部門的閱卷。
「基於現在的科技水平以及對整個大氣，甚至對現在整個氣候系統的了解程度，決定了我們的天氣預報不可能完全準確。這是目前的科學技術水平所決定的，全世界都是如此。」唐健說。
「哪怕一萬年後，天氣預報也不一定能報準。」天氣預報主持人宋英傑在接受媒體採訪時，也曾表達這樣的看法。「因為準的標準在水漲船高。觀眾在20年前只要求知道"明天下雨嗎"，現在即便把時間、區域和量級具體到"下班前後海澱區將有今年以來最大降雨"，也沒有人說你準，因為大家會接著問，那什麼時候停呢，哪裡下得最大呢？」
其實，我國的天氣預報準確率一直都在艱難提升：中國氣象局數據顯示，2014年全國24小時晴雨預報準確率、最高氣溫和最低氣溫預報準確率3項指標，歷史上首次全部超過80%，分別達到87.5%、80.2%和84.4%；颱風路徑24小時預報誤差再創新低，為78公裡，繼續處於世界最先進水平。
但是天氣預報中也有難以診斷的「疑難雜症」。中央氣象臺專家介紹，不同類型的天氣，預報準確率是不同的。像高溫、寒潮這些空間範圍較大、時間尺度較長的天氣，預報準確率就比較高。全國24小時晴雨預報和最高溫度、最低溫度預報，能夠做到「八九不離十」。但有些天氣發生得突然，具有很強的局地性特徵，這種天氣預報起來就比較難，準確率低。例如強對流天氣，也就是短時間內發生的冰雹、強降雨、強雷電、大風、龍捲等，它的預報準確率就非常低。
儘管天氣預報達不到100%準確，當災害性天氣來臨時，可能導致社會應急做無用功，耗費人力財力，還容易引起公眾「白防了」的抱怨。但「防患於未然」的思想卻十分必要，因為即便空防也不會白防。對於公眾來說，每一次防範，都是一次應對災害的演練。
2010年8月12日23時至13日2時，四川省綿竹市清平鄉發生強降雨，造成國內近幾十年來規模最大的一次特大山洪泥石流災害。在「8·13」特大山洪泥石流過程中，四川省、市、縣三級氣象部門及時溝通、準確預報、提前發出暴雨預警信號，清平鄉緊急轉移村民，涉災的5000多名群眾得以安全轉移。「當時真是好險，如果沒有預報預警之下的提前轉移，上千條人命就完了！！」清平鄉村幹部現在想想還有些後怕。
即便天氣沒有預報那麼準，氣象專家也呼籲大眾在批評預報員之前讓「抱怨」先飛一會兒，以平和的心態看待預報不準現象。中國氣象局應急減災與公共服務司司長張祖強告訴記者：「就拿美國這次預報來說，雖然紐約的暴雪過程不如預期的強，但是他們及時發布了暴雪預警，並採取措施規避危險，這種做法是值得借鑑的。試想如果不採取這些措施，可能會造成很大的損失，而及時把這個信息告訴公眾，一旦暴雪來臨，就會把不利的影響降到最低。當然，我們也要從中吸取教訓，這種極端性災害天氣，尤其是大暴雪，對於全世界來說預報都是難題，需要加強相關的科學研究來不斷提高對這種極端災害性天氣的預報，這個難題需要全球的氣象人共同面對克服。」
（來源：經濟日報 責任編輯：趙天宇）