引言:
中国各个产业领域的发展都可以通过天气预报来获得指引,基于理解气候变迁的基本法则,可以预知未来的几天甚至几周的天气状况及可能发生的自然灾害,从而尽量减小潜在的经济亏损。天气预报的关键是掌握大气动态的变化模式,并依据近期的气候趋势,做出合理的未来天气预期。随着时间的推移,各种如气象谚语、单一站点预报、气象地图、数学模型等预测方式已经得到普遍使用。然而,即使我们的预测技能与技巧不断提高,天气活动仍然存在显著的不稳定因素,这使得我们无法完全准确地预测出天气情况,所以深入探讨天气预报的方法及其不确性是非常必要的。
一、气象预报服务概述
伴随着中国科技进步的不懈推进,越来越多的前沿科技被普遍运用于气象预报领域,从而显著提高了气象预报的服务精确度。虽然经济增长改善了人们的日常生活水平,但是伴随而来的是诸如全球气温上升等问题所带来的环境损害,这对人类的生活产生了较大的负面效应。气象预报的迅速和准确性可以为许多职业提供指引,特别是农耕与制造业。所以,为了达到更为稳定的进展,需要在实际操作中持续推动创新,历经多年的改良之后,中国气象预报服务品质及效能已得到显着提高[1]。
二、气象预报的方法
(一)气象谚语
早在殷商时代就开始了关于天气的研究,通过挖掘甲骨文来寻找大量有关气候变迁的信息。同样,外国也有许多与气候相关的老话,比如在古巴比伦王朝时期的泥板上就发现过一些与气候转变相联系的字句。此外,古希腊哲人亚里士多德曾把气象学知识进行了系统的梳理并编写成书,即世界上的第一本以气象为主题的作品《气象汇论》。总而言之,气象谚语的产生源于人类的生活实践经验累积及提炼,它们代表着人们的聪明才智,这些语言记录有着它们的科学依据,并且能用于预报气象活动。与此同时,气象谚语的使用使得对天气变化的描绘变得更为简明易懂,有利于信息的传递。如今,很多人仍然信奉气象谚语,然而我们也应意识到,虽然气象谚语有一定的正确性,但也存在一定的偏颇之处。
(二)天气图预报
由于大气体系始终保持着持续的变化状态,因此为了深入理解其变动模式,我们需要利用高空摄影获取相关的信息,以便把握大气的转变趋势。这就是天气图产生的根源。目前,许多气象站仍然依赖于此种方式进行气象预报。构建天气图预报的关键在于天气图,也就是在一个特定时期内对比各层次的天气图中的气候特征、气候构造和气候系统,并结合前后的时段进行综合研究,以预判天气系统的形成、成长、迁移及其衰退的过程,进而推导出天气预报的结果。换句话说,天气图预报是一种基于天气动力学的技术手段,用于解析天气系统的演化历程,最终给出天气预报结果。
(三)数值预报
尽管大气运动相当繁复,却仍有其固定的模式可供利用以更好地预测大气行为。基于此种理论,外国的研究者们提出了用“初值与边值”的方法去描述大气运动规律,并以此能准确地推算出一定范围内的气态环境状况。这个气候预估技术经过几十年的改进,已经受到许多国家的好评,并且正在逐步成为气候预报的核心部分。现在,数值预报法通常被用于天气形式的预判中,它是依据动力学及热力学的原则去描写大气运动的状态,把影响大气转变的关键因素如主导环节都列入公式里,然后把各地区的各个层级的起始试验资料及其解析成果输进电脑,依照时间来解决这个问题,最后得出了未来某个时段内各种地方和层级上的等压面高低、温度和湿度的三个维度的预报值,同时也自行标示到地图上,形成了一张未来的24小时或者48小时的天气形态预报图。
三、气象预报产生误差的原因
(一)初始误差
对于数值模拟来说,最重要的是模型的初始设定。通常情况下,这些设置基于大气实况的近似,因此不可避免地会有一些初始偏差。然而,通过观察过程中的错误是完全可以预防和控制的。造成观测错误的主要原因包括:观测技术的优劣;是否采用正确的观测方式;使用的观测设备状况如何;观测仪器的准确度等等。利用气象卫星进行测量时,因为大气会对可见光产生散射效应,所以得到的地表反射率可能与云层数据有所出入,同时,用红外辐射数据推算出云顶和地面的温差也有一定的误差。同样,利用气象雷达来获取信息的过程中,根据雨滴数量与雷达回声强度的关联来预估降雨量,仍然有一定的误差,尤其是在远程监测的时候更为显著。
(二)模式误差
其关键原因是模型在处理物理和动力学问题时可能出现的精确度不足导致的错误。例如,在大气流动中的湍流现象,往往很难准确定位到模型中微观系统的生成和消失的过程,这是因为大气的性质决定了它是一个连续体,即使模型的分辨率很高,也不能完全捕捉那些低于网格距离的运动细节,这类被称作“次网格”的现象广泛出现在凝聚、对流、辐射等方面。因此,为了减少这些因素造成的影响,常采用“参数化”方法,即通过平均的方式将次网格级的物理效应和动力效应对应于网格级以上的平均效果[2]。
四、提升气象预测准确性的策略分析
(一)强化气象人员检测技术
尽管依赖于高精度的仪器设备,但是实际执行任务的关键仍然在于气象监测员们。他们的专业技能与整体素养对于确保天气预判的精准度至关重要。为了提高他们的工作效率,需要他们在各自的位置持续地自我教育并累积经验,同时也可以向其他部门的技术专家寻求建议和分享知识。此外,气象站应该借鉴发达国家的高效实践,强化科技研发和探索,全方位增强测定实力,优化测试步骤,科学挑选出合适的天气预报方式,以保持预报过程的专业性和严密性。
(二)应用多样化的预测方法
科技持续创新使得现代天气预报的方法日益丰富多样化,然而一些气象站点仍然采用传统的操作方式,没有与时俱进,无论是硬件设施或是技术手段都存在着巨大的改进潜力。为了提高天气预报的精确度,必须从设备和技术层面出发,并依据实际状况,融合各种预报技巧,让它们互相影响,然后深究采集的数据资料。此外,相较于其他先进的国家,中国的天气预报技术仍需进一步改善,这需要我们国家的相关部门增加财政及人力资本投资,重点研发新技术,以期尽量减少与全球领先水平的技术差异。
(三)理解并善用集合预报
尽管初始设定与现实情况可能出现偏差是难以避免的现象,主要原因来自于大气的波动性和不稳定性。这同时也给气象科学家带来了新思路:通过概率预测来发布天气预报。他们会根据所获取的大气状况的数据信息,运用多种方法计算出大气状态的概率分布函数。相较于传统的确定性预报,集合预报能提供更多种类的集合成员以模拟气候随时间的变化进程,并考虑到误差影响,从而给出概率性的结论。比如许多气象预报都指出某个地区的第二天降雨的可能率为30%,这是科学工作者对于天气的理性预估。这个预估的目标是为了让公众了解这些信息后,作出适当的选择[3]。
五、结语
综上所述,天气预报对于人类的生活及中国各个行业的进步具有关键性的推进效果。随着时间的推移,它已逐渐变得更为繁复,并基于数学模型构建成了一项系统的任务。为了实现这一目标,需要全方位地搜集与天气相关的数据资料,运用前沿科技如遥测遥感和地面观察,以使监控方式向多元化、自动性和互联网化的方向转变。同时,也应深究可能影响天气预判的各种要素及其背后的原理,全面提高气象工作者的专业技术水平和整体素养,恰当地使用各类监测工具,从而增强天气预报的精确度,为公众提供更迅速且精准的天气预告,助力中国稳步迈向全球气候强国之路。
参考文献
[1]王姝彦.对气象预报的方法与不确定性分析[J].农家参谋,2018,(20):135.
[2]李大光.试析气象预报的方法与不确定性[J].科学中国人,2014,(20):103-104.
[3]穆穆,陈博宇,周菲凡,等.气象预报的方法与不确定性[J].气象,2011,37(01):1-13.