天氣預報的秘密

出門要不要帶傘，明天能不能曬被子，地里要澆水還是排水，航班會不會延誤……想知道這些問題的答案，只需看一看天氣預報，便可皆瞭然於心。可以說，在當今社會，天氣預報是每個人都離不了的重要信息。那麼，天氣是怎樣預報的呢？從很久很久以前，人類就試圖預測第二天或者若干天之後天氣會是怎樣。公元前650年左右巴比倫人根據云的樣子來預測天氣。公元前340年左右亞里士多德在他的《天象論》中描寫了不同的天氣狀態。中國人至少在公元前300年左右有進行天氣預報的紀錄。古代天氣預報主要是依靠一定的天氣現象，比如人們觀察到晚霞之後往往有好天氣。這樣的觀察積累多了形成了天氣諺語，例如「朝霞不出門，晚霞行千里」。而對於天氣現象長期的觀察總結，形成了對氣候的預測，例如「吃了端午粽，才把棉衣送」。這些都是在長期生活實踐中總結出來的智慧結晶。17世紀以後，溫度表和氣壓表等氣象觀測儀器相繼出現，地面氣象站陸續建立，科學家開始使用這些科學儀器來測量天氣狀態，並根據這些數據來預測天氣。但是由於當時人們無法快速地將數據傳遞到遠處，很長時間裡人們只能使用當地的氣象數據來進行天氣預報，這就使得對天氣的預測帶有很大的局限性。1837年電報被發明後，人們才能夠使用大面積的氣象數據來預測天氣。1851年，英國首先通過電報傳送觀測資料，繪製成地面天氣圖，以此來製作天氣預報。20世紀20年代開始，氣團學說和極鋒理論先後被應用在天氣預報中。30年代，無線電探空儀的發明、高空天氣圖的出現、長波理論在天氣預報上的廣泛應用，使得對於天氣演變的分析，從二維擴展到了三維。40年代後期，天氣雷達的運用，為降水以及颱風、暴雨、強風暴等災害性天氣的預報，提供了有效的工具。20世紀50年代以來，動力氣象學原理、數學物理方法、統計學方法等，廣泛應用於天氣預報。用高速電子計算機求解簡化了的大氣流體力學和熱力學方程組，可及時做出天氣預報，預測的準確性也大大提高。尤其是60年代發射氣象衛星以來，衛星的探測資料彌補了海洋、沙漠、極地和高原等地區氣象資料不足的缺陷，使天氣預報的水平顯著提高。70年代，數字天氣預測隨著電腦硬體的進步而出現，並且迅速發展，今天已經成為天氣預報最主要的方式。在進行天氣預報之前，首先要收集足夠的數據。最傳統的數據是在地面或海面上通過專業人員、愛好者、自動氣象站或者浮標收集的氣壓、氣溫、風速、風向、濕度等數據。此外通過氣象氣球，氣象學家還可以收集高空的氣溫、濕度、風值。還有氣象雷達，可以提供降水地區和強度的信息，多普勒雷達還可以確定風速和風向。最重要的，還是來自於氣象衛星的數據。氣象衛星可以採集全世界的數據，它們的可見光照片可以幫助氣象學家直觀地判斷雲團的發展，紅外線數據可以用來收集地面和雲頂的溫度。通過監視雲的發展可以收集雲的邊緣的風速和風向。以下是我國風雲一號D星發回的第一幅高解析度圖像，從圖中可以清晰地看到地形的分布和雲團的位置。

接下來，要對採集到的數據進行分析，將被採集的數據與用來做預報的數字模型結合在一起分析，得到一個三維的溫度、濕度、氣壓和風速、風向的預測。然後使用電腦來模擬大氣的運行。它使用數據分析的結果作為其出發點，按照物理學和流體力學的結果來計算大氣隨時間的變化。由於流體力學的方程組非常複雜，因此只有使用超級計算機才能夠進行數字天氣預報。這個模型計算的輸出是天氣預報的基礎。最後再對得到的結果加以修正和解釋，以得到廣大用戶能夠理解明白的結果，也就是直白地告訴大家，第二天的溫度變化情況，是否有雨雪天氣，或者颱風運行的路徑等等。當然，還有一個必不可少的環節，那就是通過電視、網路、簡訊等等各種媒體途徑，將天氣預報的結果公諸於眾，讓所有人都能在第一時間內了解最新的天氣變化，以備不時之需。

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