大气的可预报性

第三节　大气的可预报性

一、可预报期限

前面提到模型不能和实际完全一样，有些次要因素在模型中没有计入，这就不可避免地带来了事物的不确定性。不过在持确定论观点的人（例如拉普拉斯）看来，这只是一种外在的技术上的原因，只是受目前的认识水平和科学技术水平的限制而出现的暂时的现象。现在发现了对韧值敏感的系统，知道了牛顿力学具有内在的不确定性，这可以说是人类认识的个新的重大进展。

一个对初值敏感的系统，即使在确定论的模型下，就是说它未来的状态完全为初始状态唯一地确定了，但是初始状态的微小偏差会随时间增大，而对初始状态的了解，只能有相对的准确性，不可能有绝对的准确性。你想，只要承认无论科学发展到何种程度，都存在测量精度的限制，人们在测量中可以“精益求精”，但永远不能令测量的误差等于零。可见，来源于牛顿力学的确定论模型是理想化的极限，是立足于可以用无限精密的测量来确定初值秘系统对初值不敏感这两点上的。当这个基础实际上不存在时，结果从确定论出发却走向了不确定。

人们现在把由于模型不能和实际完全一样，总是略去了某些因素而造成的不确定性称为外在的不确定性。而将在确定论框架内，由于系统对初值敏感和初值不可避免地存在着误差而造成的不确定性称为内在的不确定性。这种两不确定性有重要的差别：外在的不确定性是不论未来时刻离初始时刻多么近都使之不能准确预言，它所造成的不确定性的大小，只和它本身的大小有关，而与离初始时刻的时间长短无关；内在的不确定则不同，它是随着时间的演变才增大的，在离初始时刻一定的时间之内，初始状态的误差并没有增长到这种程度，使预报失去意义，如果外在的不确定性非常小，可以不予考虑，那么在这个时段内，是可以或者接近可以准确预报的。只是在超出这个时段之外，初始状态的误差才增长到使事物变得不确定了，这时的状态已不能为初始状态所确定，不再可能作出准确的预报。于是就引进了一个新概念——可预报期限。

可以说任何自然现象（乃至社会现象）都存在着一个可预报期限，在此期限内，我们可以对其过去和现在状况的观测及其演变规律的掌握对它作出准确的或接近准确的预报。超出这个期限是不可预报的。这个期限的长度对不同的事物是很不一样的。

二、可预报期限的长度与系统的尺度有关

大气中不同尺度的运动，存在不同的可预报期限。目前一般认为，这期限与天气系统的寿命相当，雷暴为2～3小时，中、上尺度系统不超过24小时，天气尺度系统不超过2—3周。由于实际天气是各种尺度系统综合作用的结果，而小尺度的系统的可预报期限很短，所以天气预报只能有相对的准确性，而无绝对的准确性。而且两周以上的某地某天的天气不可能准确地预报出来。由于即使很小范围的现象（大风，雷阵雨），其可预报期限可不短于2小时，所以发布2～4小时的天气预报服务，准确率很高，被称为“甚短期预报”，现在许多国家已经开展“甚短期预报”并获得了巨大的经济利益。

三、气候——天气的统计特征

超出可预报期限之外，瞬时的状态是不确定的，从这个意义讲是不可预报的。然而，一个重要的进展是人们现在发现，一个确定性的系统，并非就毫无规律可循，其一段时期的总体特征又可能有某种确定性，叫做统计规律，这是可以预报的。所以长期天气预报又叫短期气候预报。对使用者而言，有的人常常想知道较长时期以后某天的天气，不明白这是不可能预知的事。不过随着科学的发展，有可能利用预报气候情况使工作安排得更好。更好的发挥天气预报的作用。

四、规律的一种表现

各种天气存在着各自的相应的可预报期限。超出此期限不再可能作出准确预报——这是指某时刻的状况；而其一段时期的特征却又有可作出较为准确的预报的。这一切不应当使我们感到惊奇！这不过是普遍规律的一种表现。

请想一想，如果未来的事物现在就完全确定了，只能那样发生，而不能有两样。那么人们自然就不可能加以改变。谁准要是相信了这点，那就只有顺从“命运”的安排，无需进行任何积极的活动了。这显然是不对的。

请想一想，如果未来的事物现在完全没有确定，比如：春天去后随之而来的不确定，可能是夏天也可能是冬天……那么，人们就不可能有任何科学的预见。这显然也是不对的。

唯一可能正确的是，未来的事物既不能够完全确定，也不能够完全不确定。它有确定了的一面，也有还没有确定的一面。

自然界中的具体事物和现象都是必然性和偶然性的统一。必然的东西是一定要发生的东西，偶然的东西是可能发生也可能不发生的。但是，人们认识的目的是要找到“偶然性中为自己开避道路的内在必然性和规律性”（《马克思恩格斯全集》第4卷第171页）由于必然性是事物发展中合乎规律的确定不移的趋向，是在一定条件下的不可避免性，这样就有其可预报性。另一方面，任何一种现象都有不确定因素，它在现象存在的整个时期内影响着这个现象，这就是偶然的情况了。没有纯粹的必然性，必然性是夹杂着一些偶然的因素表现于每一个个别场合，具体现象是所谓必然的东西和偶然的东西的总和，所以偶然性又补充着必然性。恩格斯说：“偶然性是必然性的表现和补充。”由于偶然性是事物发展中并非必定如此的不确定倾向，是在一定条件下事物的出现并没有什么一定不移的秩序，这样就表现出它的不可预报性。

历史对于新事物新现象是开放的，对于未来我们不可能作出完全的预言，它将不断出现我们借过去与现在的观察所不能预料的事情，人类也将不断地有新的发展，新的发明和新的创造。但是当着同类现象大量发生时，偶然性中的必然性就能表现出来。因为这时同一种必然的联系越来越多的重复出现。这就一点来说，又是可以预言的。这就是根据统计规律性预报统计特征。宇宙间统计秩序随处可见，而确定论则较为稀罕，不懂得这一点的人在这个日益复杂的世界里就会束手无策。

总之，事物发展的可预报性来源于确定性（必然性），不可预报性来源于不确定性（偶然性），而确定性（必然性）与不确定性（偶然性）之间既互相区别，又互相联系，互相渗透，并且在一定条件下相互转化，它们之间并不存在不可逾越的鸿沟。理解了这一点，对于正确认识和使用天气预报，意义十分重大。

以上是讲的普遍原则。实际上，现在我们的认识远没有达到完全了解天气变化的客观规律的境地，正在努力探索着，天气预报的准确率正处在不断提高之中。