科技日報實習記者 都 芃
幾場秋雨下過，全國多地陸續(xù)進入了秋高氣爽的金秋時節(jié)，如今正是外出郊游、登高賞秋的絕佳時期。
秋季雖然氣候宜人，卻也暗藏變數(shù)，一場大風便可以讓氣溫“一秒入冬”。出行前，打開手機中的天氣預報軟件查看一下天氣，已經(jīng)成為人們出行前的必備環(huán)節(jié)。只需輕輕滑動頁面，近至隨后幾個小時、遠至十余天后的天氣狀況，都盡在掌握。
在這些人們能看到的氣溫、降水量、風力等天氣數(shù)據(jù)背后，還有人們看不到的氣象“黑科技”。這些不斷發(fā)展的氣象科技手段，正在悄悄地改變著天氣預報。
把氣象數(shù)據(jù)放進“榨汁機”里
在天氣預報領域，有一個看似是常識，但卻很容易被大眾忽視的事情：天氣預報雖然是對未來天氣的預報，但預報的基礎是監(jiān)測當下的天氣。
國家氣象中心天氣預報技術研發(fā)室副主任曹勇告訴科技日報記者，所有對于未來天氣的預測都要從當下的天氣情況出發(fā)，準確收集當下的天氣數(shù)據(jù)是天氣預報工作的第一步。收集數(shù)據(jù)需要依賴各類氣象觀測設施，比如人們在公園、草坪等戶外場所經(jīng)常能看到的百葉箱，就是最常見的地面氣象觀測設施之一——自動氣象站。要想天氣預報準確，氣象觀測設施就要布置得足夠密集。
曹勇告訴記者，僅北京便大約分布了500個自動氣象站，收集來自城市各個角落的風速、風向、空氣濕度等氣象信息。除了常見的自動氣象站，氣象觀測設施還有放飛的探空氣球、飛翔在我們頭頂上空的氣象衛(wèi)星以及部署在眾多城市的天氣雷達等。
有了原始的氣象觀測數(shù)據(jù)，如何利用這些數(shù)據(jù)得出預測結(jié)果，是天氣預報中的關鍵問題。
“很早以前，我們用的是外推法，就是根據(jù)氣象演變在短時間內(nèi)具有一定連續(xù)性的原則，通過把當前的天氣趨勢外延一段時間，進而得出預報結(jié)果。”曹勇表示，外推法的預報精準度往往較為有限，如今要實現(xiàn)更加精確的天氣預報就要依賴超級計算機和預報模型。
“原始的氣象數(shù)據(jù)就像是原材料，超級計算機和預報模型就像是‘榨汁機’。我們把原材料全都投入到‘榨汁機’中，經(jīng)過大量的計算去偽存真、去粗存精。在經(jīng)過精準推演后，我們就能得到一個相對精確的預報結(jié)果?！钡苡乱脖硎?，即使是超級計算機也存在一定的誤差，這時就需要發(fā)揮預報員的關鍵性作用。他們會依據(jù)長期以來積累的預報經(jīng)驗對輸出結(jié)果進行調(diào)整，從而使天氣預報更加精準。
百米級、分鐘級預報成為現(xiàn)實
在2022年北京冬奧會延慶賽區(qū)開賽的第一天，比賽還未正式開始，天氣預報服務團隊就面臨了一次考驗——判斷現(xiàn)場風速是否適宜比賽。經(jīng)過謹慎研判，該團隊最終對未來天氣給出了判斷：當天中午到下午賽道上的風速較大，第二天風速會明顯減小。工作人員基于這一信息，決定將當日的比賽調(diào)到次日舉行。事后觀測表明，當天下午的天氣情況果然與預報結(jié)果一致。
曹勇告訴記者，目前我國能夠?qū)崿F(xiàn)的氣象預報精度在部分地區(qū)可以達到公里級甚至百米級，而在時間尺度上則可以實現(xiàn)分鐘級預測。
“比如，在2022年北京冬奧會舉辦期間，我們的氣象預報團隊可以準確給出賽場范圍內(nèi)精確到分鐘級的，涵蓋氣溫、濕度、風速等關鍵信息的天氣預報。”曹勇表示，要實現(xiàn)如此高精度的氣象預報，首先就要在監(jiān)測上下功夫：要提升監(jiān)測密度、進行加密監(jiān)測。這是精細預報的基礎，2022年北京冬奧會的三個賽區(qū)就布置了400多套氣象觀測設施。
要實現(xiàn)高精度的天氣預報，不僅數(shù)據(jù)要更加豐富、準確，用來進行計算預測的“榨汁機”也要足夠“高精尖”。
“如果我們希望對某一個局部地區(qū)進行高精度的天氣預報，那么我們就可以針對這一區(qū)域的實際情況，單獨搭建一個更加精密且貼合區(qū)域?qū)嶋H特點的預測模型，這樣就會得出更加準確的結(jié)果。當然，這需要氣象觀測團隊、預報團隊以及研發(fā)團隊之間的密切合作。”曹勇表示。
高精度的天氣預測，絕不是重大賽事活動的專屬，它也在逐步走進你我的日常生活。智能網(wǎng)格預報，就是這樣的產(chǎn)品。
曹勇介紹，過去的天氣預報產(chǎn)品主要以站點預報為主，比如北京市的天氣情況就只用幾個站點的天氣來代表，這對于地域范圍較大的城市來說顯然不全面?！坝袝r候可能海淀區(qū)在下雨，朝陽區(qū)卻沒下。如果僅用幾個站點來代表整個北京的天氣情況，大家就會覺得我們的預報不準?！辈苡抡f。
他進一步解釋道，智能網(wǎng)格預報是將城市劃分為一個個更加細密的網(wǎng)格，每個網(wǎng)格都有單獨的天氣預報結(jié)果。當人們攜帶智能手機進入到不同網(wǎng)格時，手機便會接收到關于這一網(wǎng)格內(nèi)的天氣情況，其預測精度相比過去的站點預報得到了較大程度的提升。
每部手機都是一個微型氣象站
從過去守在電視機前觀看天氣預報節(jié)目，到如今在手機上隨時隨地查看任一時間的天氣狀況，天氣預報技術每一次的進步背后，都離不開多種“硬核”觀測科技手段的有力支撐。
曹勇表示，近年來我國的氣象觀測技術有了顯著提升，比如在2016年發(fā)射的風云四號氣象衛(wèi)星就大大提升了我國的氣象觀測能力。風云四號衛(wèi)星目前共有A星、B星兩顆星在軌運行，曹勇介紹道，風云四號B星的觀測分辨率已經(jīng)可以達到百米級，它甚至能夠“看”清楚云層中的對流泡。
不僅觀測分辨率大幅提升，過去風云二號衛(wèi)星傳回一張衛(wèi)星云圖需要半個小時，如今的風云四號A星則只需要5分鐘，甚至在觀測重點局部地區(qū)時可以實現(xiàn)1分鐘傳回一張圖。
“借助風云四號，我們可以密集獲得衛(wèi)星云圖，將這些圖片連起來看，就像是看高幀率的電影，非常流暢?！辈苡卤硎?，目前我國的氣象衛(wèi)星已經(jīng)處于國際領先水平，進入與該領域領先國家“并跑”的階段。
不僅氣象衛(wèi)星技術實現(xiàn)跨越式發(fā)展，我國的天氣雷達也正在進行全新的技術升級改造。天氣雷達通過發(fā)射電磁波照射大氣中的水粒子，能夠?qū)崿F(xiàn)對雷暴、大風、冰雹等強對流天氣的精準預測。
曹勇介紹，目前我國已部署了200余部天氣雷達，單部雷達的有效觀測半徑能夠達到200多公里，在我國人口密集的中東部地區(qū)已基本實現(xiàn)無死角覆蓋。當前，氣象部門正在對現(xiàn)有的天氣雷達進行雙偏振改造，經(jīng)過改造的雙偏振天氣雷達，能夠更加準確地描述降水粒子的尺寸和形狀、降水類型及分布情況，更好地識別氣象回波，濾除異?；夭?，將有效提高對雷暴大風、暴雨、冰雹等災害性天氣的監(jiān)測預警能力。
除了這些“硬核”的觀測手段，曹勇還提到，如今氣象觀測中還出現(xiàn)了一個新分支——社會化氣象觀測。
“每個人的手機中都有可測量氣壓、溫濕度的設備，每部手機就相當于一個微型氣象站，可以用來收集氣象數(shù)據(jù)。”曹勇認為，雖然手機收集的數(shù)據(jù)可能相對“粗糙”，但其優(yōu)勢在于量大。未來隨著機器學習、人工智能等技術被越來越多地應用到氣象預測中，社會化氣象觀測所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)，或許能成為預測模型數(shù)據(jù)來源的有力補充，為實現(xiàn)更加智能化、精準化的天氣預報提供有效支撐。
算法、預測過程不同造成天氣App預報差異
當我們打開手機上的天氣預報軟件（App）時，我可能會發(fā)現(xiàn)，即使是在同一地區(qū)、同一時段，不同天氣預報軟件查看到的天氣預報結(jié)果也不盡相同，那這是為什么呢？
對此，國家氣象中心天氣預報技術研發(fā)室副主任曹勇表示，其主要原因在于，不同天氣預報軟件的信息獲取平臺不一致。
“不同天氣預報平臺所使用的算法、預測過程等都不一致，比如有的軟件用的是國外預報平臺對我國地區(qū)進行天氣預測的結(jié)果，這可能就和國內(nèi)的天氣預報結(jié)果有差異?！辈苡陆ㄗh道，我國公眾最好以中央氣象臺以及各省市氣象臺發(fā)布的天氣預報結(jié)果為準，“這些氣象臺代表了我國天氣預報的最高水平，能夠提供最權威、可靠的氣象參考”。
