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预测天气的技巧与科学

预测天气的技巧与科学

 预测天气的技巧与科学

英国《儆醒!》撰稿员撰

1987年10月15日,一个女子致电英国一家电视台,说自己听到有飓风快要袭来。天气预报员向观众派定心丸,说:“别担心,没有这回事。”可是,当晚果然有飓风袭击英格兰南部,摧毁了1500万棵树,导致19人死亡,及造成逾14亿美元的损失。

每天早上,世上千百万人都扭开收音机或电视机,听听天气预报。天空乌云密布,是要下雨吗?早上天气晴朗,下午还一样吗?气温正在上升,雪或冰会融掉吗?听过天气预报后,人们就衡量该穿什么衣服,或要不要带雨伞等问题了。

不过,天气预报有时却明显失准。不错,天气预报的准确程度近年来已大大提高,但预测天气讲求技巧与科学,是很难百分之百准确的。那么,预测天气牵涉到什么呢?天气预报又有多可靠呢?让我们先看看天气预报是怎样发展出来的。

测量天气

在圣经时代,预测天气主要是凭肉眼观察。(马太福音16:2,3)今天,气象学家运用各种各样精密的仪器来预测天气,最基本的莫过于测量气压、温度、湿度和风等的仪器了。

1643年,意大利物理学家托里拆利发明了简单的仪器来测量气压。没多久,人们就发现气压是随天气改变而升降的;气压下降往往预示有风暴来临。1664年,测量大气湿度的湿度计也问世了。1714年,德国物理学家达尼埃尔·华伦海特发明了水银温度计,于是温度也能准确地量出来了。

大约在1765年,法国科学家安托万-洛朗·拉瓦锡建议每天测量气压、湿度、风速和风向。他说:“有了这些资料,多半就能预测未来一、两天的天气,预测还相当准确。”很可惜,这样做绝非容易。

追踪天气

1854年,在巴拉克拉瓦的克里米安港外的海域,一艘法国战舰和38艘商船在风暴中沉没。法国政府请巴黎天文台长勒威耶调查出事原因。勒威耶查看气象纪录,发现风暴在惨剧发生前两天已经形成,并且从欧洲的西北部开始,横扫到欧洲的东南部。 如果有追踪风暴动向的系统,战舰和商船就可以预先受到警告了。结果,法国率先设立了国家风暴警告服务,现代气象学也就诞生了。

话虽如此,科学家仍需找出便捷的方法,好从其他地方接收有关天气的数据。塞缪尔·莫尔斯当时刚发明电报不久,立时就派上用场。于是,巴黎天文台在1863年就开始绘制第一批像目前使用的天气图了。到了1872年,英国气象局也开始同样做。

气象学家得到的数据愈多,就愈留意到天气其实异常复杂。结果,新绘图仪器问世,使天气图能传达额外的信息。举个例,等压线把气压相同的地方连起来,而等温线则把气温相同的地方连起来。天气图也用符号表示风向和风力,以及用线表示冷热气团的相遇。

精密的仪器陆续发展出来。今天,世界各地数以百计的气象台把载着无线电高空测候器的气球放上天空,以测量大气情况,然后通过无线电把资料传送回气象台去。雷达也给用上了。雨点和云层里的冰粒子反射无线电波,气象学家也就能追踪风暴的动向了。

1960年,观测天气的准确程度又向前跨了一步。这年,世上第一个气象卫星——泰罗斯卫星,载着一台电视摄像机,给送上太空。现在,气象卫星从北极到南极,又从南极到北极绕着地球运行。另外,地球静止卫星也在地球上空某个固定位置,不断监察着在卫星视野范围内的部分地面。气象卫星也好,地球静止卫星也好,都会放送天气图片,也就是卫星从高空中往下瞧的景况。

天气预报

清楚知道这一刻的天气情况是一回事,要预测下一个小时、明天或下星期的天气又是另一回事。第一次世界大战后不久,英国气象学家刘易斯·理查森认为,既然大气是按照物理法则而改变的,他就可以 用计算的方式预测未来的天气。不过,方程式十分复杂,计算过程费时极了,天气预报员还没有计算完毕,锋已经离开了。另外,理查森计算时采用的读数,是每隔6小时取一次的。法国气象学家勒内·沙布说:“至少每30分钟就要取读数一次;即使这样,预测天气还不能完全准确。”

不过,电脑面世后,冗长的运算就可以在短时间内完成了。气象学家运用理查森的计算方法,发展出一个复杂的数字模式,也就是一连串的数学方程,把所有已知能影响天气的物理法则都包括在内。

应用这些方程时,气象学家把地球表面划分为一格格(网格)。目前,英国气象局采用的全球模型,是每80公里为一格的。每个方格子上面的大气称为一个框,气象局人员会记录20个不同高度的大气风、气压、温度和湿度。电脑把世界各地的天文台(超过3500个)传送过来的数据加以分析,然后制成为时15分钟的世界天气预测。这个步骤一完成,接着15分钟的预测又迅速开始制作。这个过程重复多次,电脑可以在15分钟内预测未来6天全球的天气情况!

为了使本地的天气预报更详细准确,英国气象局使用有限区域模式,涵盖的范围包括北大西洋和欧洲各地区,大约每50公里为一格。此外,还有个模式是只包括不列颠群岛和四周海域的。这个模式共有26万2384个网点,每格宽15公里,分31个高度测量资料!

天气预报员的任务

不过,预测天气不是纯粹基于科学的。《世界图书百科全书》说:“电脑采用的方程只是粗略描述大气的情况而已。”再者,就算准确地预测一大地区的天气,也不一定同时顾及局部地势对天气的影响。因此,预测天气多少是需要点技巧的。这就是天气预报员的工作了。天气预报员凭个人经验和判断,决定手头上的数据有什么意义,这样天气预报就会比较准确。

举个例,给北海冷却的空气飘到欧洲大陆去后,往往会形成一层薄薄的云。云层会使欧洲大陆翌日下雨,还是给太阳的热力蒸发掉,取决于不足一度的温度差异。天气预报员掌握了数据,加上认识以前类似的情况,就能提出可靠的意见了。要准确地预报天气,就得把技巧跟科学糅合起来,这是很重要的。

天气预报有多可靠?

目前,英国气象局声称他们所作的24小时天气预报,准确程度达百分之86。欧洲气象中心就未来五天所作的中期天气预报,可靠程度高达百分之80,比20世纪70年代早期预报两天天气的可靠程度还要高。这样自然不错,但跟完全准确仍相去甚远。天气预报为什么不能更准确一点呢?

简单来说,是因为天气系统异常复杂。要得着所有资料来准确地预测天气,也是不可能的。海洋面积大,又没有海上天文台通过卫星把数据传送到陆地的天文台去。天文台很少刚好位于气象模式的格点 上。另外,科学家对影响天气的种种自然力量也还没有了解透彻。这些都是天气预报难以准确的原因。

话虽如此,预测天气仍不时有进步。举个例,以前预测天气主要是靠观察大气,但地球表面百分之71都是海洋,研究人员现在已转而留意能量的储存方式,以及能量怎样从海洋传到空气里去。全球海洋观测系统利用一组浮标,提供关于某区域的水温微升的资料,有时候,这对相距很远的地区的气候有着严重影响。 *

有人问族长约伯,说:“谁能明白云彩如何铺张,和上帝行宫的雷声呢?”(约伯记36:29)今天,人们对天气形成的认识仍说不上很多。不管怎样,现代的天气预报已经相当准确,值得参详。换句话说,下次天气预报员说可能下雨,你大概就要带雨伞了!

[脚注]

^ 27段 厄尔尼诺、拉尼娜等名字,是指由于太平洋的温度改变而促成的气候现象。请参考《儆醒!》2000年3月22日刊,“厄尔尼诺现象是什么?

[第13页的图片]

勒威耶

托里拆利

拉沃斯拿在实验室里工作

早期的玻璃温度计

[鸣谢]

Pictures of Leverrier, Lavoisier, and Torricelli: Brown Brothers

Thermometer: © G. Tomsich, Science Source/Photo Researchers

[第15页的图片]

人造卫星、气象气球和电脑,都有助预测天气

[鸣谢]

Pages 2 and 15: Satellite: NOAA/Department of Commerce; hurricane: NASA photo

Commander John Bortniak, NOAA Corps