一种新的天气预报方法 [复制链接]

第7版()
专栏：

一种新的天气预报方法
中国科学院地球物理研究所研究员　顾震潮
天气预报或气象预报对国民经济活动和人民的日常生活有密切的关系。解放以后，我国的气象工作有了新的开展，短期天气预报的准确率已经提高了不少，中期天气预报也已经开始了供应。但是这远不能满足建设事业发展的需要。这一方面是我们还没有适合各个国民经济部门需要的专业性的预报，另一方面，我们的天气预报准确率还不够高，特别是灾害性的天气预报还不能十分准确。
这种状况是什么原因造成的呢，是不是我们的预报员技术水平不够高、不够负责呢？应该承认，我们的预报员经验还不够丰富，理论水平还需要大大提高，个别预报员有时候责任心不强，以致还造成一些责任性事故。然而，我们的预报员基本上是掌握了国际上一般的天气预报技术的，他们在党的教育下，绝大多数也是十分负责的，他们虽然担负着沉重而困难的任务，可是还是愉快地工作着。
这样，天气预报准确率的问题，主要地就不能不从天气预报的方法上来研究了。
的确，气象学里的天气预报技术，比起别的学科里的预报来是差得多了。不论是海洋学里的潮汐预报或是天文学里的行星行动和日蚀月蚀的预报，都可以早在一年以前逐日逐次地推算出来，编成整年的潮汐表和天文年历。它虽然也有微小的误差，但是准确度是能够满足需要的。天气预报的情形就不同了。目前世界上的气象预报的技术不仅绝对报不出下一年逐日的天气情况，就是二十四小时的灾害性天气预报也还有报不出的。
问题是两方面的。一方面是人类所掌握的天气变化的实际情况实在太少。大气是深厚宽广的，而我们所掌握的材料主要还局限于地面，在沙漠、海洋、高原、冰原等等广大地区，连地面情况也不曾充分掌握。这样，预报也就不会准确。另一方面，天气变化的物理过程十分复杂，而人们只能依靠经验和一些定性的理论规则来分析这些材料，作出判断，因此得出的也只能是半经验的、定性的，因而是误差比较大的天气预报。
是不是有办法把天气预报的技术提高，用描写大气物理过程的方程式精确地算出客观的定量的天气预报来呢？是的，人们也早有这种理想，它就是近年来飞速发展着的天气数值预报。
近代的天气数值预报首先是和近一二十年来高空天气日常观测的大量增加分不开的。这样就使人类对大气的情况有了比较多的了解。天气变化最大的层次，就是我们所称的对流层。约在十五年前，气象学者注意到这层空气的厚度虽然有十几公里，但是和大范围的气流的水平活动范围比较起来，却显然小得很多，即空气运动几乎是平缓的。从这点开始，气象学者掌握了大范围运动的一些重要规律。不难了解，这样的大范围空气运动和天气变化比一般的情况就简单多了。因而描写大范围空气运动和天气变化的天气方程组就比较简单。然而，要用这比较简单的天气方程组来计算天气、预报天气，那还是很费时间的。因为对于一个二十四小时的大范围天气形势（就是气流分布的一般情况，由此再进一步就可以预报降水、温度等实际天气现象）的预报，我们解方程式的时候就要做几百万个加减计算和几百万个乘除计算，如果由一个人来手算，那末甚至一辈子也计算不完。因此，这里又要用上现代快速电子计算机的帮助。有了快速电子计算机的帮助，像东亚这样一个区域的大范围天气形势的二十四小时预报就可以在一、二小时内算出来。
到现在为止，一般说来，为期一二天的大范围天气形势预报，问题很大一部分已经解决。最近二三年来的试验和应用证明，这种方法的天气数值预报成绩已经不比最好的预报员来得差。而有一些危险天气的强烈发展，预报员的预报错误，用数值预报方法却可以计算出来，预报出来。
由于天气的数值预报已经有了实用价值，所以瑞典、美国等国家从1955年初起已经先后用专门的快速电子计算机开始制作日常的天气数值预报。苏联也已经制成了专门为数值预报用的快速电子计算机进行天气数值预报的研究。如果说在二三年以前大家还有怀疑的话，那末这二三年来数值预报的成就已经渐渐得到公认了。
用天气的数值预报方法不但可以算出定量的预报，并且也容易检查、改进这种预报。这是因为天气的数值预报是在一定理论基础和假定下实际计算出来的，它可以定量地和天气变化实况来对证。如果发现预报同实况不大一致的时候，可以改变计算方法，来检查一下究竟有些什么因素我们没有考虑到，以致这次预报错误。这样我们就可以采取新的更合适的方法来作数值预报。一般的预报是凭经验和定性的理论规则经过粗略的估计作出来的，因此往往不能确切肯定究竟还是估计得不对，还是规则使用错了，还是经验或规则本身错了，而预报的检查、改进就比较困难。由此可见，天气的数值预报方法是使天气预报向精确化方向发展的可靠办法。
通过天气数值预报的客观的严格对证，还可以找出大气动力过程的主要因子，了解大气动力过程的特性而丰富并且推动大气动力学理论和天气预报理论的发展。因此，在学术上它也是一个生长点。
所以，近年来世界上对数值预报的研究是十分注意的。除了天气形势的预报以外，具体天气现象的预报，例如大范围降水预报的问题也在研究之中，初步的试验结果证明这种降水数值预报是很有希望的。日本的气象工作者并且研究了台风移动的数值预报，得到一些初步结果。总之，天气的数值预报正迅速地发展着。
最近，天气数值预报的工作还向着长期天气预报的方向发展。可以预计，在未来的十二年中，这方面会有不少进展，以使三天以上的一部分长期天气预报可以精确地用数值预报的方法来作。
从上面的介绍可以了解，为了提高天气预报准确率，帮助我们的社会主义建设，我们应该迅速建立和发展天气数值预报的工作。
开展天气数值预报工作，首先需要集中一批人力，由各方面配合来作。这不但因为天气数值预报的工作牵涉到天气预报，牵涉到大气动力学理论，也牵涉到快速电子计算机的装设和计算数学以及微分方程上的许多部分，并且还因为对于我国来说，由于地形条件的特殊，纬度比较低，许多具体的大气物理过程还要通过大家研究、试验才能弄清楚，才能建立合适的数值预报方法。例如西藏大高原平均高到四、五公里，数值预报中就不能不具体考虑到它对天气的影响。又如我们的夏季，暴雨非常强烈而雨带较窄，不是现有的降水数值预报方法可以直接解决的。
也应该注意我们的台站网还是不够完善的，特别是无线电测风网应该迅速建立起来。对我国的纬度和地形情况来说，没有详细的高空风观测资料，数值预报是难于作得满意的。当然我们也需要更多、更好的高空温度、湿度等观测。从长时间的要求来看，大气辐射的观测网也需要及时建立起来。
在技术方面，最主要的措施还是快速电子计算机的装设。天气数值预报中的计算工作十分巨大，没有这种计算机的帮助，数值预报是不能很好开展的。
毫无疑问，天气数值预报是一件极有意义的工作。通过有计划的长期科学研究，这项工作将在我国得到迅速、充分的发展，以满足社会主义经济建设和人民日常生活对天气预报的日益增长的需要。