天气预报能几天?

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这个问题我十年前问过中央气象台的同志,当时他们的答案是可以预测10天甚至更长一点的天气,但是不能保证完全准确;十年后的今天再问同一个问题,答主自己也做了一些功课,所以在这里分享一下比较新的答案和知识。希望对大家有所帮助。 先给大家看一下最近非常火爆的“数值预报”产品,来自中国气象局公共气象服务中心网站(点击“查看详细数据”链接) 我截取了2015年3月30日到4月5日的一周的预报结果,以北京为例,可以看到最精准的三天的降水量(橙色),另外一周的降水量(蓝色)也有显示。可以看出来,数值预报对产品连续性的要求非常高,每周七天都不能有任何的错误、纰漏,否则对后续的结果都会带来很大的影响。因此可以说数值预报是一种非常严谨的产品。

那么这种精密的数值预报是如何做出呢?它所依据的原理是什么?要回答这些问题我们首先需要了解两个关键词:大气运动和数值模拟。 关于大气运动最简单的描述就是牛顿第二定律F=ma 所以当一个物体在运动时,它所受的力F与它的质量m成正比,而且方向一直朝向产生加速度的方向。这就是牛顿第二定律,用它就可以解释很多的现象。比如一个向上抛出去的石子,它在空中做抛物线运动的时候受到的空气阻力可以忽略不计,我们就可以用牛顿第二定律来计算出它运动的轨迹,进而推算出它落地的时间。

同理,当一个气体分子处于不断运动中,它所受的各种力都可以忽略不计,我们就可假设气体分子做简谐运动,根据频率和时间就可以计算出温度。 上面只是简单解释了如何利用大气运动的原理来制作天气预报,而真正的难点在于如何把大气中无数个分子的运动集合起来进行整体的研究和分析。数学上往往采用微积分的方法把离散的量变过程整合成连续的变化规律。 也就是说,只要掌握大气运动的基本原理和数学方法,就可以通过计算机模拟的方式对大气中的各种物理量进行计算,从而得到某一时刻甚至未来一段时间的天气情况。这也就是数值预报的基础。

目前国际上广泛采用的数值预报模式是美国研发的全球大气模式GFS(Global Forecast System)和日本研发的全球海洋模式JMA(Japan Meteorological Agency),这两种模式都被中国气象局所引进并作了本土化改进。

值得一提的是,现在全球各个国家都在积极研发更加精密的数值模式,因为随着气候变化,极端天气事件的频发,人们对天气预报的精准度和时效性都提出了更高的要求。 中国在这方面也做出了努力。比如在2014年底发布实施了最新的《大气探测数据中心规范》,对数据质量和验收准则提出了更高要求,同时完善了数据质量保证体系,并建立了数据质量问题通报制度和责任追究制度。相信在这项制度的保障下,我们的数值天气预报会更加精确。

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