幾場秋雨下過，全國多地陸續(xù)進(jìn)入了秋高氣爽的金秋時(shí)節(jié)，如今正是外出郊游、登高賞秋的絕佳時(shí)期。

秋季雖然氣候宜人，卻也暗藏變數(shù)，一場大風(fēng)便可以讓氣溫“一秒入冬”。出行前，打開手機(jī)中的天氣預(yù)報(bào)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(dòng)頁面，近至隨后幾個(gè)小時(shí)、遠(yuǎn)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(fēng)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(yù)報(bào)。

科普?qǐng)D解｜一圖看懂天氣預(yù)報(bào)背后的科技含量

各種觀測神器是看天的“眼睛”

要做天氣預(yù)報(bào)，首先要有觀測神器，如雷達(dá)、探空球、氣象衛(wèi)星、氣象站等，把觀測的數(shù)據(jù)放到數(shù)值預(yù)報(bào)體系中，就像解數(shù)學(xué)題一樣，經(jīng)過復(fù)雜的計(jì)算，得出精確的答案，然后再進(jìn)行發(fā)布。

觀測神器中最牛的當(dāng)屬“風(fēng)云”系列衛(wèi)星。1988年9月7日，風(fēng)云一號(hào)A星成功發(fā)射，傳回首張衛(wèi)星云圖。如今，臺(tái)風(fēng)、暴雨、強(qiáng)對(duì)流、大霧、沙塵……每一次災(zāi)害性天氣過程，都逃不出風(fēng)云氣象衛(wèi)星的“火眼金睛”。截至目前，我國已經(jīng)成功發(fā)射了19顆風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星，目前有7顆在軌運(yùn)行。

據(jù)悉，2035年前，我國將建成第三代風(fēng)云氣象衛(wèi)星綜合觀測體系，實(shí)現(xiàn)星地—星間協(xié)同智慧觀測，全球觀測數(shù)據(jù)獲取和處理時(shí)效將達(dá)到1小時(shí)以內(nèi)。“第三代氣象衛(wèi)星將實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)報(bào)，滿足全要素、精細(xì)化氣象觀測需求，在氣象預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測、大氣化學(xué)、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測以及防災(zāi)減災(zāi)等應(yīng)用領(lǐng)域起到主導(dǎo)作用。”中國航天科技集團(tuán)八院風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星總體主任設(shè)計(jì)師陳曉飛描繪的藍(lán)圖令人振奮。

2021年6月3日，風(fēng)云四號(hào)B星成功發(fā)射。資料圖　趙沖　攝

收集數(shù)據(jù)是天氣預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)

觀測的目的是收集各種數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)，天氣預(yù)報(bào)就是無源之水。

國家氣象中心天氣預(yù)報(bào)技術(shù)研發(fā)室副主任曹勇告訴科技日?qǐng)?bào)記者，所有對(duì)于未來天氣的預(yù)測都要從當(dāng)下的天氣情況出發(fā)，準(zhǔn)確收集當(dāng)下的天氣數(shù)據(jù)是天氣預(yù)報(bào)工作的第一步。收集數(shù)據(jù)需要依賴各類氣象觀測設(shè)施，比如人們?cè)诠珗@、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(shè)施之一——自動(dòng)氣象站。要想天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確，氣象觀測設(shè)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(gè)自動(dòng)氣象站，收集來自城市各個(gè)角落的風(fēng)速、風(fēng)向、空氣濕度等氣象信息。除了常見的自動(dòng)氣象站，氣象觀測設(shè)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(dá)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(yù)測結(jié)果，是天氣預(yù)報(bào)中的關(guān)鍵問題。

“很早以前，我們用的是外推法，就是根據(jù)氣象演變?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)具有一定連續(xù)性的原則，通過把當(dāng)前的天氣趨勢外延一段時(shí)間，進(jìn)而得出預(yù)報(bào)結(jié)果?！辈苡卤硎荆馔品ǖ念A(yù)報(bào)精準(zhǔn)度往往較為有限，如今要實(shí)現(xiàn)更加精確的天氣預(yù)報(bào)就要依賴超級(jí)計(jì)算機(jī)和預(yù)報(bào)模型。

“原始的氣象數(shù)據(jù)就像是原材料，超級(jí)計(jì)算機(jī)和預(yù)報(bào)模型就像是‘榨汁機(jī)’。我們把原材料全都投入到‘榨汁機(jī)’中，經(jīng)過大量的計(jì)算去偽存真、去粗存精。在經(jīng)過精準(zhǔn)推演后，我們就能得到一個(gè)相對(duì)精確的預(yù)報(bào)結(jié)果?！钡苡乱脖硎荆词故浅?jí)計(jì)算機(jī)也存在一定的誤差，這時(shí)就需要發(fā)揮預(yù)報(bào)員的關(guān)鍵性作用。他們會(huì)依據(jù)長期以來積累的預(yù)報(bào)經(jīng)驗(yàn)對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，從而使天氣預(yù)報(bào)更加精準(zhǔn)。 >>詳情

這是在珠峰地區(qū)海拔5800米左右位置架設(shè)的自動(dòng)氣象站（4月29日攝）。新華社發(fā)

數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)是氣象事業(yè)的“芯片”

天氣千變?nèi)f化，報(bào)得準(zhǔn)是氣象預(yù)報(bào)預(yù)警的生命。盡管從科學(xué)角度來看，天氣預(yù)報(bào)做不到百分之百準(zhǔn)確，卻可以不斷提高準(zhǔn)確率。為此，首要的是織密氣象監(jiān)測網(wǎng)，通過氣象觀測臺(tái)站、雷達(dá)、風(fēng)云氣象衛(wèi)星獲取海量的觀測數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將提供給超級(jí)計(jì)算機(jī)，運(yùn)用數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)進(jìn)行計(jì)算。氣象預(yù)報(bào)員在數(shù)值預(yù)報(bào)基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖馓攸c(diǎn)、地形作出初步預(yù)報(bào)、簽發(fā)天氣預(yù)報(bào)產(chǎn)品。如果有災(zāi)害性天氣，還會(huì)通過手機(jī)、電視、廣播、定向推送等渠道發(fā)布?xì)庀箢A(yù)警信息。

正因如此，數(shù)值預(yù)報(bào)技術(shù)被譽(yù)為氣象事業(yè)的“芯片”，是天氣預(yù)報(bào)預(yù)測的關(guān)鍵核心技術(shù)。數(shù)值天氣預(yù)報(bào)是指根據(jù)大氣實(shí)際情況，在一定的初始和邊界條件下，通過大型高速計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，求解描寫天氣演變過程的流體力學(xué)和熱力學(xué)方程組，以此預(yù)測未來一定時(shí)段的大氣運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和天氣現(xiàn)象的方法。如今，我國探索出自己的數(shù)值預(yù)報(bào)模式，部分技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平。應(yīng)用該技術(shù)，天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)可從初始時(shí)刻起，預(yù)報(bào)未來最長達(dá)7天的天氣。

智慧氣象，為百姓提供精準(zhǔn)氣象服務(wù)

智慧氣象是借助于云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、智能等新技術(shù)的深入應(yīng)用，依托于氣象科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，使氣象系統(tǒng)成為一個(gè)具備自我感知、判斷、分析、選擇、行動(dòng)、創(chuàng)新和自適應(yīng)能力的系統(tǒng)，讓氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)、管理活動(dòng)全過程都充滿智慧。

自2016年中央一號(hào)文件首次提到智慧氣象以來，我國氣象部門大力發(fā)展智慧氣象，并將地面觀測自動(dòng)化、智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)、氣象信息化等成果廣泛應(yīng)用于“三農(nóng)”服務(wù)。其中，通過與農(nóng)業(yè)氣象核心技術(shù)融合，初步建設(shè)了智慧農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)服務(wù)核心平臺(tái)。

經(jīng)過幾年發(fā)展，智慧氣象在各領(lǐng)域特別是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已較為廣泛，有力推動(dòng)了新農(nóng)村建設(shè)、脫貧攻堅(jiān)。在新冠肺炎疫情防控中，以國家突發(fā)事件預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)為代表的智慧氣象成果，充分發(fā)揮廣覆蓋、快響應(yīng)的優(yōu)勢，成為打通農(nóng)村疫情防控宣教“最后一公里”的重要渠道。

據(jù)介紹，我國氣象部門將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上推進(jìn)智慧農(nóng)業(yè)氣象大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用、業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)的互聯(lián)互通，建設(shè)與“三區(qū)三園”和高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)相適應(yīng)的農(nóng)業(yè)氣象觀測站網(wǎng)，加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)等新技術(shù)新產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)中的應(yīng)用，提升農(nóng)業(yè)氣象監(jiān)測預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)的現(xiàn)代化水平。

未來，智慧氣象將深深融入國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域和人們的衣食住行。通過分析旅游、能源、物流、交通、保險(xiǎn)等領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，依托智能數(shù)據(jù)加工等，可針對(duì)人們的不同時(shí)間、位置需求，提供可訂制、分鐘級(jí)、場景化的精準(zhǔn)氣象服務(wù)產(chǎn)品。

科普小知識(shí)：

為何北方季節(jié)轉(zhuǎn)換總是如此之快

雖然10月初的這次降溫，著實(shí)來得突然，但寒潮在10月初就光顧我國的情況，還算不上是極端天氣。北京市氣候中心首席專家、主任王冀表示，我國將冷空氣由弱到強(qiáng)分為4個(gè)等級(jí)，寒潮就是冷空氣中的最強(qiáng)等級(jí)，它是高緯度的冷空氣大規(guī)模向中低緯度侵襲而造成劇烈降溫的天氣活動(dòng)，最早甚至可以出現(xiàn)于9月下旬。

王冀進(jìn)一步介紹道，我國北方大部分地區(qū)夏秋時(shí)節(jié)氣溫起伏較為劇烈的根本原因與冷空氣活動(dòng)及太陽輻射有關(guān)。每年秋分后，隨著太陽直射點(diǎn)南移，高緯度地區(qū)接收到的太陽輻射顯著減少，空氣冷卻下沉，在地面形成大規(guī)模的冷氣團(tuán)。由于陸地比熱容較小，降溫格外迅速，因此高緯度冷空氣會(huì)在亞歐大陸的西伯利亞和蒙古一帶聚集形成勢力強(qiáng)大的亞洲高壓。隨著太陽輻射進(jìn)一步減少、溫度降低，亞洲高壓的勢力會(huì)不斷得到增強(qiáng)。

“我國地處世界上最大的大陸——亞歐大陸和全球最大的海洋——太平洋之間，海陸熱力性質(zhì)差異巨大，是全球最典型的季風(fēng)氣候區(qū)?！蓖跫奖硎?，我國秦嶺—淮河以北的東部大部分地區(qū)、華北和東北等地都屬于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季在強(qiáng)大的西伯利亞大陸冷高壓的影響下盛行冬季風(fēng)，夏季則在太平洋副熱帶高壓的影響下盛行夏季風(fēng)，而秋季正是夏季風(fēng)與冬季風(fēng)切換的季節(jié)。隨著副熱帶高壓開始南撤、暖濕氣流減弱而亞洲高壓勢力不斷增強(qiáng)，我國上述地區(qū)便會(huì)迅速由夏入秋。 >>詳情