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(fēng)便可以讓氣溫“一秒入冬”。出行前，打開手機中的天氣預(yù)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(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。
各種觀測神器是看天的“眼睛”
要做天氣預(yù)報，首先要有觀測神器，如雷達、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)報體系中，就像解數(shù)學(xué)題一樣，經(jīng)過復(fù)雜的計算，得出精確的答案，然后再進行發(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A星成功發(fā)射，傳回首張衛(wèi)星云圖。如今，臺風(fēng)、暴雨、強對流、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)獲取和處理時效將達到1小時以內(nèi)。“第三代氣象衛(wèi)星將實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)報，滿足全要素、精細(xì)化氣象觀測需求，在氣象預(yù)報、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。”中國航天科技集團八院風(fēng)云三號衛(wèi)星總體主任設(shè)計師陳曉飛描繪的藍(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)報就是無源之水。
國家氣象中心天氣預(yù)報技術(shù)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(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(shè)施之一——自動氣象站。要想天氣預(yù)報準(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個自動氣象站，收集來自城市各個角落的風(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)氣象演變在短時間內(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間，進而得出預(yù)報結(jié)果?！辈苡卤硎?，外推法的預(yù)報精準(zhǔn)度往往較為有限，如今要實現(xiàn)更加精確的天氣預(yù)報就要依賴超級計算機和預(yù)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(yù)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(zhǔn)推演后，我們就能得到一個相對精確的預(yù)報結(jié)果?！钡苡乱脖硎荆词故浅売嬎銠C也存在一定的誤差，這時就需要發(fā)揮預(yù)報員的關(guān)鍵性作用。他們會依據(jù)長期以來積累的預(yù)報經(jīng)驗對輸出結(jié)果進行調(diào)整，從而使天氣預(yù)報更加精準(zhǔn)。 >>詳情
這是在珠峰地區(qū)海拔5800米左右位置架設(shè)的自動氣象站（4月29日攝）。新華社發(fā)
數(shù)值預(yù)報技術(shù)是氣象事業(yè)的“芯片”
天氣千變?nèi)f化，報得準(zhǔn)是氣象預(yù)報預(yù)警的生命。盡管從科學(xué)角度來看，天氣預(yù)報做不到百分之百準(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)，通過氣象觀測臺站、雷達、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)將提供給超級計算機，運用數(shù)值預(yù)報技術(shù)進行計算。氣象預(yù)報員在數(shù)值預(yù)報基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)靥鞖馓攸c、地形作出初步預(yù)報、簽發(fā)天氣預(yù)報產(chǎn)品。如果有災(zāi)害性天氣，還會通過手機、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)報技術(shù)被譽為氣象事業(yè)的“芯片”，是天氣預(yù)報預(yù)測的關(guān)鍵核心技術(shù)。數(shù)值天氣預(yù)報是指根據(jù)大氣實際情況，在一定的初始和邊界條件下，通過大型高速計算機進行數(shù)值計算，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)測未來一定時段的大氣運動狀態(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)報模式，部分技術(shù)已達到國際先進水平。應(yīng)用該技術(shù)，天氣預(yù)報業(yè)務(wù)可從初始時刻起，預(yù)報未來最長達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算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(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)進步，使氣象系統(tǒng)成為一個具備自我感知、判斷、分析、選擇、行動、創(chuàng)新和自適應(yīng)能力的系統(tǒng)，讓氣象業(yè)務(wù)、服務(wù)、管理活動全過程都充滿智慧。
自2016年中央一號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，并將地面觀測自動化、智能網(wǎng)格預(yù)報、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。
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，有力推動了新農(nóng)村建設(shè)、脫貧攻堅。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)，加強大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、智能網(wǎng)格預(yù)報等新技術(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)濟各個領(lǐng)域和人們的衣食住行。通過分析旅游、能源、物流、交通、保險等領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)，依托智能數(shù)據(jù)加工等，可針對人們的不同時間、位置需求，提供可訂制、分鐘級、場景化的精準(zhǔn)氣象服務(wù)產(chǎn)品。
科普小知識：
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分為4個等級，寒潮就是冷空氣中的最強等級，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，最早甚至可以出現(xiàn)于9月下旬。
王冀進一步介紹道，我國北方大部分地區(qū)夏秋時節(jié)氣溫起伏較為劇烈的根本原因與冷空氣活動及太陽輻射有關(guān)。每年秋分后，隨著太陽直射點南移，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。由于陸地比熱容較小，降溫格外迅速，因此高緯度冷空氣會在亞歐大陸的西伯利亞和蒙古一帶聚集形成勢力強大的亞洲高壓。隨著太陽輻射進一步減少、溫度降低，亞洲高壓的勢力會不斷得到增強。
“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，我國上述地區(qū)便會迅速由夏入秋。 >>詳情
