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預測天氣的技巧與科學

預測天氣的技巧與科學

 預測天氣的技巧與科學

英國《儆醒!》撰稿員撰

1987年10月15日,一個女子致電英國一家電視台,說自己聽到有颶風快要襲來。天氣預報員向觀眾派定心丸,說:「別擔心,沒有這回事。」可是,當晚果然有颶風襲擊英格蘭南部,摧毀了1500萬棵樹,導致19人死亡,及造成逾14億美元的損失。

每天早上,世上千百萬人都扭開收音機或電視機,聽聽天氣預報。天空烏雲密布,是要下雨嗎?早上天氣晴朗,下午還一樣嗎?氣溫正在上升,雪或冰會融掉嗎?聽過天氣預報後,人們就衡量該穿什麼衣服,或要不要帶雨傘等問題了。

不過,天氣預報有時卻明顯失準。不錯,天氣預報的準確程度近年來已大大提高,但預測天氣講求技巧與科學,是很難百分之百準確的。那麼,預測天氣牽涉到什麼呢?天氣預報又有多可靠呢?讓我們先看看天氣預報是怎樣發展出來的。

測量天氣

在聖經時代,預測天氣主要是憑肉眼觀察。(馬太福音16:2,3)今天,氣象學家運用各種各樣精密的儀器來預測天氣,最基本的莫過於測量氣壓、溫度、濕度和風等的儀器了。

1643年,意大利物理學家托里拆利發明了簡單的儀器來測量氣壓。沒多久,人們就發現氣壓是隨天氣改變而升降的;氣壓下降往往預示有風暴來臨。1664年,測量大氣濕度的濕度計也問世了。1714年,德國物理學家達尼埃爾·華倫海特發明了水銀溫度計,於是溫度也能準確地量出來了。

大約在1765年,法國科學家安托萬-洛朗·拉瓦錫建議每天測量氣壓、濕度、風速和風向。他說:「有了這些資料,多半就能預測未來一、兩天的天氣,預測還相當準確。」很可惜,這樣做絕非容易。

追蹤天氣

1854年,在巴拉克拉瓦的克里米安港外的海域,一艘法國戰艦和38艘商船在風暴中沉沒。法國政府請巴黎天文台長勒威耶調查出事原因。勒威耶查看氣象紀錄,發現風暴在慘劇發生前兩天已經形成,並且從歐洲的西北部開始,橫掃到歐洲的東南部。 如果有追蹤風暴動向的系統,戰艦和商船就可以預先受到警告了。結果,法國率先設立了國家風暴警告服務,現代氣象學也就誕生了。

話雖如此,科學家仍需找出便捷的方法,好從其他地方接收有關天氣的數據。塞繆爾·莫爾斯當時剛發明電報不久,立時就派上用場。於是,巴黎天文台在1863年就開始繪製第一批像目前使用的天氣圖了。到了1872年,英國氣象局也開始同樣做。

氣象學家得到的數據愈多,就愈留意到天氣其實異常複雜。結果,新繪圖儀器問世,使天氣圖能傳達額外的信息。舉個例,等壓線把氣壓相同的地方連起來,而等溫線則把氣溫相同的地方連起來。天氣圖也用符號表示風向和風力,以及用線表示冷熱氣團的相遇。

精密的儀器陸續發展出來。今天,世界各地數以百計的氣象台把載著無線電高空測候器的氣球放上天空,以測量大氣情況,然後通過無線電把資料傳送回氣象台去。雷達也給用上了。雨點和雲層裡的冰粒子反射無線電波,氣象學家也就能追蹤風暴的動向了。

1960年,觀測天氣的準確程度又向前跨了一步。這年,世上第一個氣象衛星——泰羅斯衛星,載著一台電視攝像機,給送上太空。現在,氣象衛星從北極到南極,又從南極到北極繞著地球運行。另外,地球靜止衛星也在地球上空某個固定位置,不斷監察著在衛星視野範圍內的部分地面。氣象衛星也好,地球靜止衛星也好,都會放送天氣圖片,也就是衛星從高空中往下瞧的景況。

天氣預報

清楚知道這一刻的天氣情況是一回事,要預測下一個小時、明天或下星期的天氣又是另一回事。第一次世界大戰後不久,英國氣象學家劉易斯·理查森認為,既然大氣是按照物理法則而改變的,他就可以 用計算的方式預測未來的天氣。不過,方程式十分複雜,計算過程費時極了,天氣預報員還沒有計算完畢,鋒已經離開了。另外,理查森計算時採用的讀數,是每隔6小時取一次的。法國氣象學家勒內·沙布說:「至少每30分鐘就要取讀數一次;即使這樣,預測天氣還不能完全準確。」

不過,電腦面世後,冗長的運算就可以在短時間內完成了。氣象學家運用理查森的計算方法,發展出一個複雜的數字模式,也就是一連串的數學方程,把所有已知能影響天氣的物理法則都包括在內。

應用這些方程時,氣象學家把地球表面劃分為一格格(網格)。目前,英國氣象局採用的全球模型,是每80公里為一格的。每個方格子上面的大氣稱為一個框,氣象局人員會記錄20個不同高度的大氣風、氣壓、溫度和濕度。電腦把世界各地的天文台(超過3500個)傳送過來的數據加以分析,然後製成為時15分鐘的世界天氣預測。這個步驟一完成,接著15分鐘的預測又迅速開始製作。這個過程重複多次,電腦可以在15分鐘內預測未來6天全球的天氣情況!

為了使本地的天氣預報更詳細準確,英國氣象局使用有限區域模式,涵蓋的範圍包括北大西洋和歐洲各地區,大約每50公里為一格。此外,還有個模式是只包括不列顛群島和四周海域的。這個模式共有26萬2384個網點,每格寬15公里,分31個高度測量資料!

天氣預報員的任務

不過,預測天氣不是純粹基於科學的。《世界圖書百科全書》說:「電腦採用的方程只是粗略描述大氣的情況而已。」再者,就算準確地預測一大地區的天氣,也不一定同時顧及局部地勢對天氣的影響。因此,預測天氣多少是需要點技巧的。這就是天氣預報員的工作了。天氣預報員憑個人經驗和判斷,決定手頭上的數據有什麼意義,這樣天氣預報就會比較準確。

舉個例,給北海冷卻的空氣飄到歐洲大陸去後,往往會形成一層薄薄的雲。雲層會使歐洲大陸翌日下雨,還是給太陽的熱力蒸發掉,取決於不足一度的溫度差異。天氣預報員掌握了數據,加上認識以前類似的情況,就能提出可靠的意見了。要準確地預報天氣,就得把技巧跟科學糅合起來,這是很重要的。

天氣預報有多可靠?

目前,英國氣象局聲稱他們所作的24小時天氣預報,準確程度達百分之86。歐洲氣象中心就未來五天所作的中期天氣預報,可靠程度高達百分之80,比20世紀70年代早期預報兩天天氣的可靠程度還要高。這樣自然不錯,但跟完全準確仍相去甚遠。天氣預報為什麼不能更準確一點呢?

簡單來說,是因為天氣系統異常複雜。要得著所有資料來準確地預測天氣,也是不可能的。海洋面積大,又沒有海上天文台通過衛星把數據傳送到陸地的天文台去。天文台很少剛好位於氣象模式的格點 上。另外,科學家對影響天氣的種種自然力量也還沒有了解透徹。這些都是天氣預報難以準確的原因。

話雖如此,預測天氣仍不時有進步。舉個例,以前預測天氣主要是靠觀察大氣,但地球表面百分之71都是海洋,研究人員現在已轉而留意能量的儲存方式,以及能量怎樣從海洋傳到空氣裡去。全球海洋觀測系統利用一組浮標,提供關於某區域的水溫微升的資料,有時候,這對相距很遠的地區的氣候有著嚴重影響。 *

有人問族長約伯,說:「誰能明白雲彩如何鋪張,和上帝行宮的雷聲呢?」(約伯記36:29)今天,人們對天氣形成的認識仍說不上很多。不管怎樣,現代的天氣預報已經相當準確,值得參詳。換句話說,下次天氣預報員說可能下雨,你大概就要帶雨傘了!

[腳注]

^ 27段 厄爾尼諾、拉尼娜等名字,是指由於太平洋的溫度改變而促成的氣候現象。請參考《儆醒!》2000年3月22日刊,「厄爾尼諾現象是什麼?

[第13頁的圖片]

勒威耶

托里拆利

拉沃斯拿在實驗室裡工作

早期的玻璃溫度計

[鳴謝]

Pictures of Leverrier, Lavoisier, and Torricelli: Brown Brothers

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

[第15頁的圖片]

人造衛星、氣象氣球和電腦,都有助預測天氣

[鳴謝]

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

Commander John Bortniak, NOAA Corps