天氣預(yù)報(bào)：求解風(fēng)云變幻的方程式

王婉

數(shù)值天氣預(yù)報(bào)的“前世今生”

中國(guó)古典名著《三國(guó)演義》中赤壁之戰(zhàn)“借東風(fēng)”的情節(jié)被人們所熟知：蜀漢丞相諸葛亮通過觀測(cè)，結(jié)合史書對(duì)長(zhǎng)江流域天氣變化的記載，預(yù)測(cè)出東風(fēng)的到來(lái)。

雖然歷史上諸葛亮并沒有參與赤壁之戰(zhàn)，也沒有呼風(fēng)喚雨之能，指揮赤壁之戰(zhàn)的人是東吳名將周瑜。但從這個(gè)故事中，我們可以了解到，古人有通過生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷天氣的經(jīng)歷。

隨著世界第一張?zhí)鞖鈭D的誕生，天氣預(yù)報(bào)開始變?yōu)閼?yīng)用科學(xué)。而后，氣象觀測(cè)站點(diǎn)數(shù)量以及天氣圖覆蓋面的增加、衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用，形成了各種類型資料之間的對(duì)比、分類、聚類和規(guī)律，這使得基于天氣圖的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率逐步提升。

后來(lái)，伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，美國(guó)科學(xué)家首次使用計(jì)算機(jī)制作出以大氣動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)的數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。從此，數(shù)值天氣預(yù)報(bào)逐步成為天氣預(yù)報(bào)的主要方法，并在全球天氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)和龐大的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率和預(yù)報(bào)時(shí)效大幅提升。

什么是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)

那么，什么是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它是一種用高性能計(jì)算機(jī)把未來(lái)天氣“算”出來(lái)的科學(xué)。天氣預(yù)報(bào)員們預(yù)報(bào)天氣就像在用計(jì)算機(jī)解一道非常復(fù)雜的數(shù)學(xué)題。因此，天氣預(yù)報(bào)與數(shù)學(xué)密不可分。

因?yàn)榇髿膺\(yùn)動(dòng)總是遵循一定的規(guī)律，將這些規(guī)律編寫成一系列數(shù)學(xué)方程組，其中包括運(yùn)動(dòng)方程、熱力學(xué)方程、連續(xù)方程、狀態(tài)方程及水汽方程等，再利用高性能計(jì)算機(jī)求取這些方程組的近似數(shù)值解，得到未來(lái)天氣發(fā)展變化狀況，就是數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。……