天气预报是怎样做出来的？

第七章　气象预报

前面已经说过，在我们的周围，从地面到半空中，从海洋到半空中，都有我们辛勤劳动的气象侦察兵，它们手拉手，一起组成了一张“天网恢恢，疏而不漏”的天气监视网。可是投入这么多的人力、物力、财力，到底想干什么呢？换句话说，探测大气是为了什么目的呢？探测大气是为了了解大气的各种状况，为人们提供各种服务，而这些服务中，最最重要的要数天气预报。

漫话天气预报

每天我们收听中央人民广播电台的节目，就会知道全国的天气情况和海洋情况；我们收看中央电视台的天气预报节目，也能了解全国的天气形势，以及部分城市的气温……你或许以为天气预报不过如此，但是天气预报并不仅仅这些，单就天气预报的内容就纷繁复杂，品种繁多、有的也许你还闻所未闻呢。

天气预报按预测时间的长短，一般可分为短期、中期和长期三种。

短期天气预报，一般只预测未来3天以内的天气情况，它要求比较具体、详细，比如明天有没有大雨、有多大；后天有没有风、是几级；今天气温最高是多少度，等等。这就是我们一般从收音机中听到的天气预报，特别是当地气象站播发的天气预报。

中期天气预报，一般预测一个星期到一个月以内的天气情况。可以猜到，它主要预报了一些特别重要的天气，比如像台风这种灾害性天气。

长期天气预报，一般指预测一个月以上到一年以内的天气情况。但是我们知道，气候是长时期的天气情况，它反映的是某地一年或一段时期气象状况的多年特点。所以一年以上的长期天气预测，可以看作是气候预测。它主要预报某些气象要素在月、季、年相对于其气候平均状态的偏差。如这个月的气温是偏高还是偏低，今年是干旱还是雨涝，这个季节降雨量是偏多还是偏少，等等。

天气预报根据预测的内容不同，可以分为一般性天气预报和灾害性天气预报。前者就是我们每天可以听到的有关阴、睛、雨、雪、风向、风力、最高最低温度等气象内容的预报。后者又叫警报，只关注台风、寒潮、霜冻等等。

天气预报中还有农业气象预报。农业气象预报是以农业生产为服务对象的预报。这种预报的目的是帮助农民预防和战胜各种不利天气条件，使农作物获得好收成。农业气象预报有物候预报、农作物发育期预报、收获期预报、产量预报、灾害性天气预报等。

你也能预报

天气预报究竟是怎样做出来的呢？它也像我们看到的气象节目那样轻松而简单吗？当然不是。有趣的是，当你懂得它的整个制作过程后，你甚至也可以加入到他们的活动中去。

首先，在全球大气监测网上，成千上万个地面和高空观测站、气象卫星接收站、天气雷达站等，夜以继日地观测着大气的变化，它们迅速地将观测结果传送到各个国家的气象中心，各个国家的气象中心及时将这些数据通过通信设备传送给世界气象中心。世界气象中心将这些资料汇集整编后，再转发给各个国家和地区的气象台，气象台则把这些资料加工成各种天气图，条件好的则直接显示在计算机上。气象预报员再结合其他辅助性资料，根据大气动力学和热力学理论，运用各种预报方法，做出天气预报。

有时候可能有根据不同的方法得出不同的预报，乃至相反结论的情况；抑或碰到非常时期，如举办大型运动会，或者可能会涉及到灾害性天气时，气象台会招集各个气象专家进行集体讨论，最后得出比较一致的意见。为了保证天气预报的准确性，一些气象站还会与附近气象台进行气象信息的交流活动。

由此可以看出制作天气预报的程序并不难。不过，在一些具体制作方法上却不容易。下面分别对几处预报方法扼要谈谈。

先说天气图预报方法。天气图分地面和高空两种。前者填有在各地用同一时间观测到的海平面气压、气温、风向、风速以及天气现象等；等温线、等压线也标明出来，这样从图上就可以分析出高压、低压、冷锋（冷空气向暖空气方向移动的锋）、暖锋（暖空气向冷空气方向移动的锋）等各种天气系统，根据天气系统在一段时间后的移动情况和强弱变化，就可以确定它未来的位置和天气状况。但天气形势也会有变化的时候，它与天气现象并非是一一对应的关系，这就要依靠各地气象预报员的经验了。

再说数值预报方法。数值预报的产生与高等数学的关系很密切。当气象学家们把大气运动规律用微分方程表示出来时，实际上就是建立了一种数学模型。数值预报是由气象要素场在某一时刻的状态，通过数学计算得出气象要素在这一时刻的变率。数值预报模式，就是大气情况的数学模型，这种模型数目很大，准确率大小不一。

接下来说统计预报方法。统计方法就是根据过去已经掌握的资料，来研究天气本身的规律，进而预报未来可能出现的天气变化。统计预报由于撇开了背后形成天气现象的原因，可以说是“就事论事”，所以有其致命的弱点，但气象学家们引进了天气学进行分析，即把因果机制运用上来，也就形成了天气统计方法。

但是数值预报报出的等压面高度、风、温度、湿度等值涉及面大，其解决的是大尺度环流形势场的预报，而局部地区数值预报却很难有所作为。科学家们经过一番努力，开始把天气资料用统计方法罗列，再将数值预报报出的值代入方程进行运算，竟然得出局部地区的天气预报，这样，完全预报方法产生。

长期天气预报也离不开统计方法，它建立于过去天气变化的基础上。不难理解，这无非是想通过过去天气变化的规律来推知未来天气演化的形势。

自然，数值预报也适合于长期预报。目前，长期天气预报方法基本上是这样的：通过对一些主要的大气环流系统（如副热带高压）和下垫面状况（如海水湿度、地面温度）的分析来确定它同旱涝、冷暖等长期天气变化规律之间的关系，从而建立一种模式。这种模式有的是定性的，有的是定量的，有的是定性与定量的结合，不一而足。

天气统计方法对长期预报也有一定的启发作用。例如，厄尔尼诺现象、秘鲁和厄瓜多尔沿岸的海水升温现象，与世界气候异常很有关系。在每隔2—7年后，从冬末春初开始的一年中，秘鲁附近的海水开始增温，增温时产生很大的热量使海面上空气温剧增，引起大气环流和世界天气异常。此时，一些地区发生很大的洪涝灾害，而另一些地区则出现特大的干旱；有的地方出现奇热的现象，有的地方，甚至夏季会出奇的冷。据此，我国科学家发现，我国东北地区在厄尔尼诺年冬季往往出现异常低温，如1969、1972年以来东北地区出现的几次大范围严重低温，有六年是厄尔尼诺年。

另外，还有用天文（如太阳黑子活动）和地质变化（如地震）等进行长期预报的，此种方法还在探索之中。

中期天气预报介于短期和长期天气预报之间，它的方法与前两种并没有严格的界限。这里主要介绍一下中期数值天气预报。

中期数值天气预报是随着大气探测、计算机和通信技术及气象科学发展起来的。由于一些灾害性天气均为中期天气过程，所以从20世纪70年代以来，世界上一些发达国家都加强了对时效为10天左右的数值天气预报的研究和试验工作。

专家系统向我们走来

天气预报的制作过程离不开气象专家。他们或者在某一领域有特殊的专长，或者在不同领域方面有特别的宏观把握能力，但是你可能没有听说过一个叫天气预报“专家系统”的东西，它不是真正活生生的专家，而其实际能力却又类似于专家，甚至超过了专家。

气象专家系统的出现不到20年，它实际上是一个具有大量专家知识的计算机程序系统。这种专家知识不仅有专用的气象知识，还有丰富的实践经验。

就像当前的智能计算机已经模糊了人与机器的界限一样，这种计算机系统可以进行模拟和扩展，并进行思维推理，完成接近于专家水平的工作。专家系统一般由六个部分组成：一是知识库。它是用来贮存专家知识的，并且是专家系统的核心。知识库中存放的知识数量越多，权威性越大，其性能就越好。

二是数据库。它贮存有各种必需的资料，以及系统推理的一些数据。

三是推理系统。在数据库的帮助下，知识库的知识得以调用，然后进行逻辑推理，得出结论。

四是知识获取系统。它是得出结论的系统。

五是输出解释系统。它实现了人机对话，对推理的结论作出解释。

六是预报信息采集系统。此系统可以补充新知识，修改旧知识，归纳总结出新知识。

气象专家系统有许多特长。它可以综合许多专家的知识，因而有博采众长、集思广益的特色。而且，一些有很高水平的预报员的经验经过定量化后可以纳入计算机程序，通过分析再得出预报结论。气象专家系统能不时地吸收和应用新的科研成果，具有不断更新的功能；它操作方便、使用迅捷、效果明显，在天气预报方面实现了一种新的突破。

气象专家系统是现代计算机应用科学与气象学相结合的新兴产物。它的出现显示了现代天气预报科学的新水平。目前，气象专家系统在我国已经得到了广泛的运用。一些省气象站、军队气象单位也建立了各自的气象专家系统。但是，专家系统毕竟不是人，不是专家；该系统的使用离不开人，进行逻辑推理、模拟预报员的思维，毕竟有一定的局限性。所以说，专家系统，也只是提高天气预报水平的一种方法，而不是最终的预报方式。但是，既然计算机在大气探测和天气预报的应用方面开了大门，日后，深入的研究与发展则是挡不住的趋势。我们相信，将来天气预报的自动化、现代化水平会更高，气象专家系统扮演的角色会越来越重要。

未来能准确预知天气吗

天气预报就是预报，它只是对未来天气现象的一种预测性描述，并不等于将来的真实情况。我们所得出的天气形势分析，与天气的发展变化也并非是一一对应的关系。这一切都表明了预报的性质特点：它本身就具有不定性。

我们所做的一切，只能是尽可能地提高预报水平，尽可能地接近将来天气的真实状况；人们永远办不到，也不可能完完全全、一蹴而就地实现没有任何疏漏，没有任何错误的100%的预报。

明白了这一点，就知道了天气预报有时不准是很正常的现象。但天气预报从当前来看，失误仍然比较多，其原因在哪些方面呢？这儿有几点供大家参考：

首先是因为人类目前的认识水平仍然很有限。人们还没有完全了解和掌握天气现象的各种规律，对大气现象产生的背后原因、演变过程的认识仍很肤浅。我们还没有完全弄清地球大气运动和太阳、月亮及其他天体运动的关系；海洋、地球表面与人类活动的关系也并不是十分明了。说到底，气象科学作为一门综合性的实用科学来看，它涉及的学科面很广，它的完善还需要别的学科来促进；而且一些实用的技术学科，如计算机也需要发展，这一切都在一定程度上限制了气象科学的发展，影响了天气预报的水平。

其次是因为天气现象本身的原因。天气现象发生的面广，局部地区有的持续时间又短；而且地球表面不同地区、不同高度的差异性大，反映在天气现象上，就出现了更复杂的情况。天气现象变幻莫测，令人捉摸不定，我们只能大体地、有代表性地把握不同天气形势，根据获得的很有限的气象资料进行预报。

再次就是预报工具有局限性。我们的各种气象仪器并不是完美无瑕的。

它们所获取的值也只是近似的，不能说没有误差。我们的一些预报方法，如数值预报模式，其使用的微分方程本身只是一种形式，在解方程时需要简化，又免不了带上一定的误差。这些误差或大或小、或多或少地影响了天气预报的准确性。而且，我们的气象资料在传送过程中，有时可能会出现错误。1976年7月31日，美国丹佛发生洪水灾害时，丹佛气象预报台的雷达信息通过电话传送时出了故障，导致了139人在这场洪水中丧生，一直到洪水结束时，气象台才发布洪暴警报。

还有一点，与预报的具体情况有关。天气预报，特别是短期天气预报，它所使用的工具无非是天气图、卫星云图、数值预报指导产品等。而对于这些工具的正确使用，常常与预报人员的理论水平、业务专业水平、工作经验有很密切的联系。对于同一次预报，不同的人可能会得出不同、甚至完全相反的结论。而这些结论，并不能以倾向性的大小来衡量预报的正确与否。特别是在天气会商的过程中，有时候少数人的意见、大家不太重视的预报结论，恐怕还真与实际天气情况吻合。因而，在天气会商的过程中，切莫过分轻视那些“孤掌难鸣”的意见。

但是天气预报毕竟不是迷信，而是科学，对于科学就应该有科学的态度。

天气预报的失误在所难免，但是气象工作者不能由此而裹足不前，灰心丧气。

从气象预报的发展史来看，人类天气预报的水平愈来愈高，愈来愈准，这是不可置辩的事实。现在人类虽然还没有能力驯服天气这只脾气难以捉摸的怪兽，但是能够预报，这是大家必须首肯的事实。

生物“气象员”

生物学家根据观察，发现水母是一个高度准确的“活气压计”。在暴风雨到来很早之前，它就急急忙忙地把身体隐藏到安全地带。

科学家仔细地研究了水母的身体，发现它有一个可以感觉超声波的“耳朵”。在暴风雨发生前10—15小时内，它的“耳朵”就能清晰地“听”到由水中传来的超声波。在水母的“耳朵”前端有根细细的棒状物，上面带一个圆球，充满液体，有一个小小的石头浮起，并同神经末梢接触。超声波首先被充有液体的圆球接收，然后由水泡中的小石子传给神经，于是水母就接收到大风警报的信息了。科学家根据水母“耳朵”的工作原理，制成了自动预报大风警报的“电子耳”装置。

在自然界中，青蛙素有“活晴雨表”之称，因为青蛙能够感知大气的微小变化。非洲的土著居民，只要发现树蛙由水中爬到树上，便动手做防雨的准备，因为这预示着雨季要来到了。而当青蛙在水面“吧哒哒啦”地拍水时，也就是预报天要晴了。

许多鸟类也都是出色的“气象预报员”。它们对气压的变化，阳光的强弱，以及雷雨前大气中的积电现象非常敏感。这些气象的变化，往往会直接影响到鸟的歌唱、飞翔以及候鸟到达和出发的时间。

预报风向是老乌鸦的拿手好戏。人们只要看一下它朝什么方向站着，就可知道吹的是什么风。它的头朝南，便是南风；头朝北便是北风。因为它为了保护羽毛，总是让风顺着羽毛吹。

预报阴雨也是乌鸦的强项，因为它对天气变化很敏感。一般在大雨来临前1—2天它就会一反常态，不时发出高亢的鸣啼。一旦叫声沙哑，便是大雨即将来临的信号。故有民谚曰：“乌鸦沙沙叫，阴雨就会到。”大雁是预报寒潮的专家。当北方有冷空气南下时，大雁往往结队南飞，以躲过寒潮带来的风雨低温天气。“大雁南飞寒流急”，这可一点不假。秋夜，它还用更加独特的方式发布气象信息，即：“一只雁叫天气晴，二只雁叫雨淋淋”，很灵验。因啼叫的大雁越多，即空气中湿度越大，预示大雨将至。

老鹰一般很少发出叫声，只有当地面有食物可猎取或冬天气温很低的寒冷时才会鸣叫。冬天高空气温很低，就可能下雪。所以“老鹰高空叫，大雪就来到”之说广泛流传于民间。

麻雀堪称“晴雨鸟”。若晨曦初露，它们成群吱喳欢快鸣唱，那是告诉人们，今天天气晴好；若麻雀活动迟缓，叫声“吱——吱”长鸣，则预示晴转阴或阴转雨；若在连日阴雨的早晨，群雀叫声清脆，则预示天气很快转晴；夏秋季节，天气闷热，空气潮湿，麻雀飞到浅水处洗澡散热，这又预示一两天内的雨，故谚语有“雀噪天晴，洗澡有雨”。此外，若麻雀傍晚提前入窝归巢，并不时在窝边发出长而缓慢的鸣叫，似在“忧声长叹”，这也预示着当晚或次日天阴有雨。

“燕子飞得低，准备穿蓑衣”。天将下雨时，空气里水汽增多，一些小虫子飞不高，多靠近地面飞行，燕子只好低飞捕捉。故燕子低飞时，就向人们预告：天要下雨了。

画眉对天气也能“未卜先知”。每当它们嬉戏枝头，亲昵对话，表明未来一段时间晴好无雨；而它们隐居枝头，诡秘无声，或销声匿迹，表明阴雨即至。

“子夜杜鹃啼，来日晒干泥”。这句民谚告诉我们，如果杜鹃鸣叫，它预示着明天将是晴好天气，或表示天气将由冷转暖。

喜鹊生性喜明丽、暖和，有“太阳鸟”的雅称。它对天气变化最为敏感。“仰鸣则晴，俯鸣则阴”，这是古文《禽经》中的记载。清晨，如果喜鹊登枝，欢唱枝头，表明当日天气晴好；若在枝间来回蹦跳不安，低声噪叫，则告诉人们风雨欲来。

古巴一位退休的船长，家里养了一只能唱许多曲子的鹦鹉，它居然能将天气的变化用固定曲调唱出来。例如，它唱施特劳斯的圆舞曲时，就意味着快下雨了；在暴风雨来到之前，鹦鹉唱的是萨姆巴舞曲；如果从鸟笼里传出来是进行曲，就是向人们预报，飓风要来了。真令人叫绝！

蜘蛛的气象预报决定了一场战争的胜负。1794年的秋天，法国军队侵入荷兰。当时荷兰没有阻挡得了法军的兵马和大炮，只好打开运河闸门，放水淹没道路，阻住了法军的锋芒。面对茫茫的大水，法军只得准备撤退。就在这里，法军司令官发现了蜘蛛异乎寻常地加倍拉丝结网。他立即命令停止撤退，原地待命。因为只有在晴朗严寒的天气里，蜘蛛才会有此举动。果然，不久气温骤然下降，荷兰人水淹道路的苦心，也随之“冻结”了，到底没有阻住法军的进攻。

还有些昆虫能做出长期的天气预报。譬如，在秋天时，蚂蚁把窝筑得越高，该年冬天就越冷。

在自然界中，大约有400种植物可当作“晴雨表”使用，加上鸟类、鱼类、昆虫，在地球上总共有几千种“生物气象员”可供人类利用。